真菌放「氣」, 植物變髮: 地下世界的美髮奇蹟

根毛（root hair）是植物根部與外界交換物質的重要構造，由植物根部的表皮細胞延伸而成。別小看根毛細細的（直徑約10微米）又是單細胞，植物根部吸收的水分與礦物質幾乎都是由根毛吸收的。

根尖與根毛。圖片來源：維基百科

另外，與根瘤菌共生的植物，根瘤菌要展開與植物的共生，也是透過感染根毛開始的。所以，根毛的重要性自然不言而喻囉。

但是，什麼因素會促進根毛的生長呢？最近有一個研究發現，外來的真菌，竟然也可以促進根毛生長。他們發現橘灰青黴（Penicillium aurantiogriseum）這種真菌，會產生多種揮發性有機化合物（VOCs），其中也包括了乙烯（ethylene）。而這些VOCs會透過與植物所產生的信號肽RALF22，讓植物產生更多根毛。

他們是怎麼發現RALF22的呢？研究團隊分析了暴露在真菌VOCs的成年植物根部的蛋白質體，發現只有這個基因在真菌VOCs處理後顯著增加。而當他們把RALF22給「砍」掉以後，植物對真菌的VOCs的反應就消失了。

進一步的研究發現，要讓植物具備感應VOCs的能力，除了要有RALF22，植物還要能感應乙烯或生長素（auxin）。這意味著乙烯和生長素在傳遞真菌的VOCs信號上扮演了重要的角色。

有趣的是，RALF22的生產，也受到光合作用的調節。當研究團隊把負責在光合作用中產生糖類的基因給去掉時，VOCs對RALF22的影響力就變弱了，而這個現象可以靠著在培養基中加入蔗糖來逆轉。所以，光合作用產生糖，而糖可以提高RALF22的表現。

RALF22的受器是FERONIA，研究團隊發現，當RALF22與FERONIA結合後，接下來就會產生許多自由基（ROS）。這些自由基是透過RSL2與RSL4兩個轉錄因子，讓合成自由基的酵素（如RHD2、PRX1、PRX44等）表現量上升而達成的。當植物產生更多的自由基時，根毛就會開始生長。

所以，透過研究哪些植物的基因會真菌的VOCs有反應，科學家們發現了RALF22。這個小分子肽在感應真菌的VOCs後，會促進根毛生長。

有趣的是，RALF22需要乙烯這並不意外，畢竟真菌的VOCs本來就有乙烯，但是也需要生長素就比較特別了。當然，過去的一些研究也發現，植物的根毛生長的確是需要生長素的，但是這個研究結果還是非常值得繼續往下深入探討的！

參考文獻：

León Morcillo, R. J., Leal-López, J., Férez-Gómez, A., López-Serrano, L., Baroja-Fernández, E., Gámez-Arcas, S., Tortosa, G., López, L. E., Estevez, J. M., Doblas, V. G., Frías-España, L., García-Pedrajas, M. D., Sarmiento-Villamil, J., & Pozueta-Romero, J. (2024). RALF22 is a key modulator of the root hair growth responses to fungal ethylene emissions in Arabidopsis. Plant Physiology, kiae484. https://doi.org/10.1093/plphys/kiae484