雖然雨水對植物的生存至關重要，但它也含有會對植物造成傷害的細菌和其他病原體。那麼植物如何保護自己免受這種威脅？名古屋大學研究人員及其同事最近的一項研究顯示，當植物暴露在雨水中時，葉子表面被稱為毛狀體的毛狀結構將這種雨水識別為導致疾病的風險因素，然後激活其免疫系統以防止感染。
這些研究結果發表在《Nature Communications》上，這可能有助於開發保護植物免受雨水引起的傳染病的方法。
就像人類和其他多細胞生物體一樣，植物也有自己的免疫系統。當植物檢測到病原體時它們會表達免疫相關的基因以防止自己被感染。雨滴含有病原體如細菌、絲狀真菌和病毒，因此可以在植物中引起疾病。考慮到這一點，研究人員假設，植物可以認識到雨是一種疾病的風險因素並作出反應，從而以某種方式保護自己免受這種風險。
為了弄清植物如何對雨水做出反應，名古屋大學的Yasuomi Tada教授和Mika Nomoto助理教授領導的一個研究小組利用擬南芥幼苗進行了一項研究。該小組首先進行了RNA測序分析以檢查哪些基因在暴露於雨水時在葉片中表達。結果他們發現，幾個主要的免疫相關基因在對雨水的反應中被表達，並且這些基因被稱為CAMTAs（鈣調素結合的轉錄激活因子）的免疫抑制基因所調控。
由於CAMTAs是由鈣離子（Ca2+）控制，該團隊假設，雨是為了增加細胞中的Ca2+濃度。因此，他們通過將GCaMP3–一種在跟Ca2+結合時發出綠色熒光的基因–引入葉片以研究擬南芥葉片中的Ca2+水平如何對雨水做出反應。結果他們發現，當葉子暴露在雨中時，葉子表面的毛狀體周圍的Ca2+水平增加。
這一結果表明，毛狀體感覺到雨水是一個風險因素，並誘導鈣波穿過葉片從而使免疫抑製劑CAMTA失活，進而激活免疫相關基因。為了證實這一點，研究人員之後使用了缺乏毛狀體的擬南芥突變體以同樣的方式進行實驗，結果顯示，鈣波的傳播在突變體中受到影響。
Tada教授說道：“從這些結果中，我們證實了毛狀體在感知雨水這一風險因素和激活免疫反應方面發揮着作用。我們的發現表明，我們可能能在任何時間和任何長度的時間內人為地提高植物對疾病的防禦能力。通過利用這項技術，我們可以使在環境條件惡劣到可能導致植物生病時激活作物的免疫反應，這可能會代理作物產量穩定的好處。”