向葡萄百年宿敵——白粉霉的新一輪挑戰

 圖片來源：Julius Kuhn-Institut

200多年來，白粉霉（Powdery mildew或oïdium）一直是葡萄種植農非常頭疼的問題。白粉霉是一種真菌，會讓葡萄的葉子上出現白粉色的斑點，影響葉子的光合作用，導致葡萄藤生長不佳和葡萄果粒不能正常成熟。為了預防白粉霉病，種植農需要給葡萄噴灑殺蟲劑或者硫酸銅溶液。

現在，密蘇里大學（University of Missouri）的科學家已經把赤霞珠（Cabernet Sauvignon）葡萄中的一種基因隔離開來，這種基因會使得赤霞珠容易感染白粉霉。把這種特別的基因隔離之后，就可以提高赤霞珠抵抗白粉霉的能力，從而減少葡萄園的化學殺蟲劑的使用量。科學家們在進行這一項研究時，有一個神秘的“助手”：青蛙卵。

　　赤霞珠和很多釀酒葡萄（Vitis vinifera）一樣，都容易受到白粉霉的感染，尤其是在潮濕的環境中。不過，也有一些美國本土葡萄品種，比如諾頓（Norton）葡萄，就對白粉霉具有免疫能力，不易受到這種真菌的感染。那么，為什么有那么多釀酒葡萄品種都對白粉霉沒有抵抗能力呢？密蘇里大學植物科學分部的教授華特·加斯曼（Walter Gassmann）是本次研究的負責人，他懷疑，一種叫做“NPF”（nitrate and peptide transporter family，即硝酸鹽和縮氨酸轉運體基因）的基因可能會影響葡萄的白粉霉抵抗能力。

　　加斯曼教授說，“硝酸鹽轉運體是一種可以可以讓硝酸鹽分子通過的膜。”硝酸鹽轉運體就像是細胞的一道門，只允許硝酸鹽分子通過。植物內部產生的硝酸鹽越多，它就可以支持越多的感染性病原體，比如白粉霉。

那么，在研究中，青蛙卵到底有什么作用呢？要單獨觀察一株葡萄藤的一種蛋白是非常困難的，因為這些蛋白總是與很多物質混合在一起。這個時候，卵母細胞，即未受精的青蛙卵，正好可以派上用場，作為基因培養皿來使用。。

　　加斯曼教授把包含硝酸鹽轉運體蛋白的DNA鏈注射到未受精的青蛙卵中。他解釋，“青蛙的卵母細胞可以提供我們所需要的蛋白質來進行研究。”卵母細胞可以給研究者提供一個清晰的平臺來研究硝酸鹽轉運體蛋白，不用擔心會受到葡萄藤其他物質的影響。通過觀察硝酸鹽轉運體蛋白在青蛙卵中的表現，研究團隊就可以理解它在葡萄藤中的表現。

　　研究結果顯示，帶有葡萄藤硝酸鹽轉運體蛋白基因的青蛙卵可以吸收更多的硝酸鹽；對硝酸鹽具有明顯的特異性。而由于赤霞珠包含硝酸鹽和縮氨酸轉運體基因，白粉霉就可以感染它的細胞，讓它為自己提供營養物質。

　　加斯曼教授認為，他們的研究可以給如何預防白粉霉提供清晰的思路。“通過繁殖或者基因重組，我們將可以獲得抗病能力更佳的葡萄品種。”在這種情況下，要改變釀酒葡萄品種的基因，就跟把一種單獨的基因注入到葡萄中一樣簡單，而葡萄的質量可以保持不變。白粉霉遺傳抗性的優勢是顯而易見的：葡萄園里可以使用更少的殺蟲劑/硫酸銅溶液。