菸草研究大發現:植物如何擊潰天敵卻不傷到自己

許多植物會產生化學物質當作防禦，來保護自己不被吃掉。不過目前對於這些植物產生的防禦化學物質對於草食動物產生毒性的機制所知甚少。另一方面，植物如何抵抗自身產生的毒性物質，也是植物學家想探討的研究主題。最新刊登在頂尖國際學術期刊<自然>的一篇研究中，德國的植物學家首次發現了野生菸草（Nicotiana attenuata）中的防禦物質(Diterpene glycosides; 二萜糖苷)的生物合成機制和確切的作用方式:植物所產生的防禦物質會攻擊草食動物和昆蟲的細胞膜。而為了保護自己免受自身毒素的侵害，菸草以無毒的形式儲存防禦物質。

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德國馬克斯普朗克化學生態研究所的研究團隊利用野生菸草和其產生的二萜糖苷(Diterpene glycosides)作為研究材料。二萜糖苷存在於在菸葉中，但長久以來並不清楚為什麼它們為什麼是非常有效的防禦物質，以及植物如何保護自己免受毒性作用的傷害。

深入研究之後，研究團隊發現野生菸草以一種特定的、無毒的形式產生二萜糖苷，並將其作為防禦物質儲存起來。如果干擾菸草二萜糖苷的合成，讓菸草處儲存的是有毒的二萜糖苷，菸草就會表現出明顯的自我中毒症狀：無法正常生長和繁殖。進一步的研究顯示，細胞膜中的脂類成分，”鞘脂” (Sphingolipids)，是二萜糖苷的攻擊目標。鞘脂是生物體內許多物質合成反應中的重要原料，因此會擾亂食草動物和昆蟲，例如菸草的天敵，菸草天蛾 (Manduca sexta)的幼蟲。此研究也指出，二萜糖苷及其衍生物，可能可以對許多農業害蟲和病原真菌具有的防禦功能。除此之外，許多疾病，例如糖尿病、癌症和一些神經退行性疾​​病也與鞘脂代謝異常有關，從菸草中發現的二萜糖苷，或許也有可能成為未來治療疾病的新方向，但還需要許多深入研究。