19 世纪,臭名昭著的病原体Phytophthora infestans在爱尔兰和西欧其他地区造成了大饥荒。直到今天,它仍然对全球粮食生产构成重大威胁。这种在显微镜下很小的生物和疫病菌的其他成员如何机械地通过作物叶子上的保护层进入植物内部一直是个谜。在一次独特的合作中,瓦赫宁根大学与植物病理学、细胞生物学和物理学研究专家现在找到了这个问题的答案。他们的发现还提供了新的线索,可以使疫病菌的控制更有效、更高效、更可持续。他们的发现发表在《自然微生物学》杂志上。

植物不断受到各种病原体的威胁。许多这些入侵者的名字很难理解为 Phytophthora(字面意思:植物破坏者),每年对各种作物造成巨大破坏,例如马铃薯、西红柿、茄子、可可、辣椒、大豆和枣椰树,以及林地和自然保护区。疫病菌不仅对我们的粮食安全构成重大威胁,还会造成巨大的经济损失,每年对马铃薯行业造成约 6-70 亿欧元的损失。

对抗疫病菌一直存在问题,部分原因是病原体及其目标正在进行一场持续的军备竞赛。大量资源被投入到通过植物育种开发抗性作物上,目的是减少对保护作物的化学品的依赖。人们对混合种植的新形式也越来越感兴趣。


说明疫病菌如何进入植物的信息图/图片:WUR

利用来自力学的见解
现在出现了另一种选择;防止疫病菌完全接触植物。植物配备了保护层,用于将疫病菌等入侵者拒之门外。然而,这种在显微镜下很小的病原体(小于人类头发厚度的十分之一)能够穿透这一保护层并在植物中启动其致病过程。尽管进行了数十年的研究,但它们如何机械地穿透这一保护层仍然未知。为了解决这个问题,瓦赫宁根大学植物病理学家和细胞生物学家与该大学物理学家联手合作。其中物理学家是力学专家,是物理学的一个分支,研究物体和材料在作用于它们的力的作用下如何移动和响应。他们的综合知识以及合作开发的新研究工具最终可以解决这个难题。

锋利的刀子
“我们发现疫病菌使用巧妙的技巧来削尖其管状感染结构,然后用这一锋利的刀子切开植物表面。使用这种策略,疫病菌能够感染宿主,无需蛮力,并且消耗最少的能量。这是第一次发现这种机制,而且确实是一项基本发现”,物理化学和软物质教授Joris Sprakel说。

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