你知道嗎？當我們仔細觀察一棵植物時，看到的不僅僅是一個獨立的生命體。植物的葉片、根部、莖部，以及植物體內，甚至是環繞在它周圍的空間中，都棲息著數以萬計的微生物。儘管這些微生物肉眼不可見，但它們深刻地影響著植物的生長與發育。正因為這些微生物對植物的影響如此深遠，馬家威老師決定專攻這個領域。他的研究專長是植物的免疫系統，並深入探討植物與微生物群體之間如何達成平衡穩定的分子機制。他特別關注不同微生物如何啟動或抑制植物的免疫反應，以及共生菌如何干擾植物免疫，以開發有助於提升植物健康的微生物相關產品。讓我們透過這次專訪，來更加了解馬老師及其研究領域吧。
學經歷簡介：
🔹2007-2010: B.S., Chinese University of Hong Kong
🔹2010-2016: Ph.D./Postdoc, University of California, Riverside, USA
🔹2017-2023: Postdoc, Max Planck Institute for Plant Breeding Research
🔹2023-Present: Assistant Research Fellow, Institute of Plant and Microbial Biology, Academia Sinica, Taiwan
從小立志當樹木醫生，為樹木健康把關
馬家威老師來自香港，這個金融業蓬勃發展的城市。多數人求學階段都夢想進入金融界大展身手，但馬老師自幼對生物學情有獨鍾，夢想有朝一日能成為樹木醫生。他在香港中文大學完成學業後，開始向海外尋找能專攻植物病理的學校，最終申請到了美國加州大學河濱分校。起初，馬老師想像中對植物病理學的研究是走進森林田野間，觀察生病的樹木，為它們診斷並提供適當的治療。然而，實際上這時期的研究著重於病原菌的分子機制，從事的是細菌第三型分泌系統致病因子研究。儘管與最初的志向有所不同，但他在加州大學河濱分校的研究讓他能夠深入探究植物病原基因體、病原致病分子機制以及分子抗病機制，這種研究也讓他對植物病理學有了更深入的了解。
研究人體的微生物相已成為顯學，但植物的微生物相研究卻才正要起步
十幾年前，研究人體的微生物相已經累積了豐碩的研究成果，相較之下，研究植物的微生物相卻才剛要起步。馬家威老師在美國取得博士學位後，決定將研究方向轉向微生物相。那時，他發現德國馬克斯普朗克植物育種研究所正在開展一項專門研究這一領域的計劃，便決定賭一把前往歐洲，加入Dr. Paul Schulze-Lefert的研究團隊。當時研究的主題是探討植物和微生物相如何達成平衡穩定狀態，並研究不同的微生物如何啟動或抑制植物的免疫反應。
由於這段期間適逢新冠肺炎肆虐，行動受到限制，因此在德國這麼一待就待了六年多。在這段期間裡，除了持續不間斷的進行研究外，也有機會體驗到德國的在地文化與民俗風情，特別是認識科隆這座深具歷史的城市。科隆以三大特色著稱：壯麗的科隆大教堂（Kölner Dom）、獨特的淡啤酒Kölsch，以及熱鬧非凡的科隆狂歡節（Kölner Karneval）。這個狂歡節是全德國最盛大的慶典，每年吸引數十萬名參加者和遊客，期間市區充滿了各種遊行、舞會和化裝活動，場面十分壯觀！一直到2023年底，來到臺灣中研院植微所。這幾年來，他的足跡從亞洲到美國，再到歐洲，終於又回到了亞洲。
研究肉眼看不見的神秘夥伴—植物的微生物相
微生物相（Microbiome），簡單來說，指的是一群棲息在植物體內、表層或環境（如土壤）中，肉眼看不見的微小生物；這些微小生物包括細菌、真菌、病毒和原生生物。它們與宿主之間發展出互利共生（mutualism）、片利共生（commensalism）、致病（pathogenesis）或競爭（competition）的關係。
植物將多達一成光合作用產生的碳，透過根部分泌物和根圈沉降，來吸引和滋養這些微生物群體。這些微生物提供植物許多好處，包括增強抗病能力、提高對壓力的耐受性，以及促進營養吸收。然而，為了限制病原體的過度繁殖，植物也必須發展出強大的免疫系統。
如果把植物比喻成辦桌的主人，那麼，主人是否能區分出所有到場的客人哪些是座上賓？哪些是專吃霸王餐的奧客呢？透過研究植物的微生物相，我們便能進一步了解，哪些微生物能促進植物生長、加強養分吸收，或是增加植物的抗壓能力；反之，哪些是專門破壞植物健康的罪魁禍首。當找出並釐清這些罪魁禍首的微生物後，科學家們便能進一步研發出維持植物健康的方法。例如，透過增強植物免疫系統，我們可以促使植物更具抵抗力，從而增加產量和質量。
有益的微生物能啟動植物的免疫系統，增強其防禦能力，讓植物在面對敵軍時能夠成功抵禦外來的侵襲；壞的微生物則會抑制植物的免疫反應，形成防禦破口，使植物生病。就像拔河比賽中，植物是被雙方互相拉扯的繩子。究竟在這一拉一扯中，如何讓植物與微生物間保持平衡並和平共處？了解植物的微生物相便能幫助我們釐清這一系統，進而創造出更具生態效益的農業模式，保護我們的環境。
植物在面對環境壓力時，也會根據壓力的強度和類型，靈活地調整它們的生理和基因表現
變阻器模型（Rheostat Model ）就是描述植物如何在這場拔河比賽中調節自己的反應，強調的是一種動態平衡，植物根據環境和微生物的變化，不斷調整自身的反應，保持健康。這種調節不是簡單的開關模式（要不完全啟動，要不完全停止），而是像調光燈一樣，可以根據需要靈活地調整亮度，既能充分利用有益菌，又能有效抵抗病原菌。而馬老師的主要研究，便是觀察植物如何因應及表現，以維持這種微妙的平衡。
探究特定細菌抑制植物免疫反應的奧秘
在微生物相的研究過程中，一個令人驚奇的發現是，有些特定的細菌天生就具備抑制植物免疫反應的能力。科學家不解的是，這些細菌是如何在演化過程中獲得這種特殊本領的？它們是否天生就是為了對抗植物而存在，抑或是這種能力是它們適應環境的副產品？這些問題讓馬老師感到好奇，試圖解開這個謎團，在茫茫的細菌大海中尋找線索，歸納出特定的法則，從而更深入地了解微生物的世界。
做研究很有趣，尤其是當發現特定植物或微生物具有神奇的「特異功能」時
馬老師在求學和研究的旅途中，對於植物與微生物的新發現總是充滿興奮與驚奇，並對自然界充滿敬畏。比如，能感應地球磁場的趨磁細菌（Magnetotactic bacteria），天生就自帶指南針的功能，能夠沿著地球磁場移動，精確地尋找最適合生存的環境。再如，能分解塑膠的大阪堺菌（Ideonella sakaiensis），這種細菌可以將塑膠分解成簡單的分子，為環境保護帶來了一線希望。這些奇特的微生物特性不僅令人驚嘆，也為馬老師的研究提供了源源不絕的靈感。
而做研究的人，總是對日常生活中的事物感到好奇，也常常在思考與嘗試新奇的想法，對新的事物更是願意敞開心胸。馬老師就曾親自前往花市，購買毛氈苔來測試其捕捉果蠅的效果。這種探索精神同樣延伸到研究工作中，使他不斷嘗試新的研究方向。除了以模式植物阿拉伯芥進行研究外，馬老師近期還開始探索水生植物滿江紅（Azolla）的研究潛力。滿江紅中的共生微生物，尤其是能固氮的藍綠菌，成為研究的重點，他希望藉此了解植物與微生物間的互動，並探討如何增強植物的固氮能力及光合作用效率。
如果可以選擇與任何一位科學家共進晚餐，你會選擇…？
馬老師毫不猶豫的回答：「Alexander von Humboldt」！
Humboldt是一位18世紀末到19世紀初的著名德國自然學家和探險家，被譽為「現代地理學之父」。Humboldt最為人知的，是他對南美洲的探險。他在1799年至1804年間前往南美洲，進行了一系列的科學考察。他穿越了亞馬遜雨林，攀登了安地斯山脈，並測量了赤道的地磁場。這場探險不僅收集了大量的植物、動物和礦物標本，還記錄了當地的地理、氣候和人文風貌。他的著作《宇宙》（Kosmos）是一部五卷本的鉅著，將他對宇宙的全面觀察和理解系統地闡述出來，深深影響了後世的科學研究和自然觀。
如果能跟Humboldt共進晚餐，馬老師會迫不及待地聆聽他在南美洲探險的奇聞軼事，特別是那些在原始森林中穿梭、在高山之巔觀察自然奇觀的經歷。更重要的是，他想知道，究竟是什麼樣的動力和激情，啟發了他踏上這些艱難而又偉大的探險旅程。
想瞭解更多有關馬家威老師的資訊，歡迎前往：
植微所：https://ipmb.sinica.edu.tw/ch/people/ipmb_researchers/ma-ka-wai
Twitter (X): @KaWaiMa6