植物與微生物的關係
植物在生長過程中，時時與外在環境進行交互作用。微生物雖然肉眼不見，卻無所不在，空氣與土壤中都充斥著微生物。由於大部分的植物都是定點固著於土壤終其一生，因而與周遭的微生物間有著密不可分的關係。植物和微生物之間的互動可以是正面的、負面的，甚至是互利的。有些微生物能幫助植物吸收養分、增加植物的抗病能力，甚至可以幫助植物與其他生物互動；另一方面，有些微生物對植物造成危害，引起疾病或死亡。這些微生物會破壞植物的根系、阻礙植物吸收養分，或直接影響植物的生長發育。而在農產品的表現上，將使作物歉收，影響糧食安全，可謂不容小覷。
植物的病害
感染植物的病原有很多種，包括病毒、細菌、真菌、線蟲等，不同病原可能以不同途徑侵入，在台灣較為人熟知的有：水稻受稻熱病菌感染導致水稻乾枯、芒果受炭疽病菌感染產生黑斑、木瓜受木瓜輪點病毒感染導致不易開花結果、香蕉感染黃葉病後枯萎等；在國外，過去曾發生重大的植物流行疾病，包括17世紀發生在荷蘭導致鬱金香價格狂飆及經濟泡沫的鬱金香條斑病毒、19世紀發生在愛爾蘭導致馬鈴薯產量大減的馬鈴薯晚疫病，當時造成人口銳減了近四分之一。
對抗病原菌的法寶—植物的免疫系統
植物和動物一樣，具有先天的免疫系统（innate immunity），這是一種自我防禦機制，當偵測到外在病原菌的威脅時，將啟動保護機制進行對抗。植物的免疫系統具有兩道防線，分別在細胞表面與細胞內部，由免疫受體來偵測病原菌分子以進行防禦—它們分別是PRR（Pattern Recognition Receptors）及NLR（Nucleotide-binding domain Leucine-rich repeat Receptors）。第一道防線的PRR位於細胞膜上，可以識別病原體表面的分子（PAMP, Pathogen-Associated Molecular Patterns），當PRR與PAMP結合時，將引發免疫反應抵禦病原體入侵；而第二道防線的NLR位於細胞內部，在偵測由病原菌分泌到細胞內部的效應蛋白後，達成免疫反應。NLR很特別，有些可以單打獨鬥，不需依賴其他NLR來辨識病原菌及引發防禦反應；有些NLR則需分工合作，「偵測型NLR」（Sensor NLR）負責辨識病原菌後，由「輔助型 NLR」（Helper NLR）啟動免疫反應抵抗外敵。中研院植微所吳志航博士實驗室近期致力研究「偵測型」與「輔助型」NLR兩者之間究竟如何共同合作，期未來在植物抗病領域提供進一步的發現。
植物的免疫受體蛋白及網絡調控機制的新發現
然而，植物免疫系統的調控機制遠比過去想像複雜。當植物免疫受體偵測到病原菌時，其免疫受體蛋白就會像「守衛」一樣立即啟動一系列訊號傳遞途徑使細胞進行應變，包括：啟動細胞死亡以防止病原菌擴散與感染等。因此，植物的免疫受體及免疫網絡需要非常精準的調控，以避免植物生長的過程中發生自體免疫反應。吳志航博士與英國Sophien Kamoun博士實驗室近期發現了一個不同於一般的免疫受體蛋白，稱之為「調節型NLR」（Modulator NLR），這種免疫受體蛋白不具有引發細胞死亡的功能，但卻參與了由「輔助型NLR」所引起的免疫反應。這類的免疫受體蛋白能夠調節免疫系統的生理平衡及影響植物生長與免疫之間的權衡。這篇研究已發表在國際期刊《PLOS Genetics》（https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1010500）。
植物免疫系統之應用
植物病害與蟲害造成嚴重的農作物損失，而隨著科技的進步，人們逐漸發現一味以化學農藥消除植物病原菌與害蟲，除了我們所熟知會增加生產成本、農藥超標殘留影響人體健康外，甚至會有更多潛在的問題與風險，如：產生具有抗藥性的病原菌及害蟲、自然環境的破壞等。因此，研究人員透過非農藥的防治策略，包括研究植物的免疫系統與演化機制，開發出更有效的病害防治方法，例如利用基因工程技術研發抗病植物品種，或是利用生物製劑來調節植物免疫系統，提高其抵抗病害的能力，降低作物損失。此外，植物免疫系統的研究還可以對環境保護和食品安全產生積極作用。透過研究植物免疫系統的反應機制，研究人員可以更清楚地理解環境中的生物交互作用，進而開發出更為綠色、可持續的農業生產方法，進而減少化學農藥對環境的影響。
結語—健康的植物與永續的農業
健康的植物是永續農業的根基，而永續農業的實踐則可以保障植物的健康。透過廣泛與深入地探究植物的免疫系統，可以瞭解植物的調控機制與防禦反映，充分善用的話，可以有效的保護植物生長，尤其在對人類重要的作物上進行抗病研究，可提供作為抗病育種的方向，更進一步來說，未來可以用於改善糧食短缺、遏止飢荒。