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能減少玉米的穗包葉(husk)嗎?

  圖片來源: 維基百科 都市人如你我,買玉米通常都是剝好的,只要清洗切段就可以下鍋,從來不會去想到玉米外面還有所謂的穗包葉(husk)。 但是有一次我買了在地農友的有機玉米筍,結果發現穗包葉超多的,讓我有一種感覺就是我其實是花錢買了穗包葉,裡面的玉米筍是贈品! 剝除那些穗包葉其實沒有很麻煩,但是買三斤玉米筍卻得到兩斤的穗包葉,真的也是覺得很無奈。有沒有什麼辦法可以減少穗包葉的數量呢? 最近中國的一個研究,還真的改變了玉米的穗包葉的數量,只不過他們讓穗包葉增加,而不是減少。 研究團隊發現了一個稱為 ZMET2 的基因。這個基因是一個甲基轉移酶(methyltransferase),它在玉米中主要是負責調節CHG和CHH序列的甲基化,而且這種調節作用是基因特異性的。 CHG和CHH序列指的是DNA中的特定核苷酸序列,其中"H"代表除了G(鳥嘌呤)以外的任何核苷酸(A、T或C)。DNA甲基化是一種表觀遺傳機制,涉及到在DNA分子的特定位置添加甲基化基團,這對基因表達有重要的調控作用。 在植物中,CHG序列可以代表三種可能的組合:CAG、CTG或CCG。對植物來說,CHG甲基化是維持基因沉默和轉座子(移動DNA序列)穩定的重要機制。 而CHH序列就比較複雜了,它包括CAA、CAT、CAC、CTA、CTT、CTC、CCA、CCT和CCC等多種可能的組合。CHH甲基化在植物中同樣重要,尤其是在胚胎發育和種子成熟過程中調控基因表達和轉座子的活性。 這兩種甲基化模式在植物的基因沉默、基因表達調控、以及對環境條件的適應過程中扮演著關鍵角色。它們是植物基因組動態調控的重要部分,影響植物的發育、進化以及對環境壓力的反應。 研究團隊發現,在 ZMET2 基因3'非轉錄區的一個多態性10-bp插入/缺失變異,造成這個基因的表現量降低。透過對 zmet2-1 突變體和野生型植物的全基因組雙硫酸鹽序列分析(WGBS),他們發現在 zmet2-1 突變體中,CHG和CHH(但不是CG)的甲基化水平顯著降低,進一步確認了 ZMET2 對CHG和CHH甲基化的特異性需求。 進一步的分析發現了 ZMET2 主導的CHG和CHH甲基化在細微尺度上的調控,透過識別差異甲基化區域(DMRs),在突變株相對於野生型植物中,發現了大量的低甲基化CHG DMRs(
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植物會發出聲音,但是植物會聽嗎?

  圖片作者:ChatGPT 2023年發表在《細胞》上面的那篇關於植物會出聲的文章,引起了非常多人的關注。畢竟,我們認知的植物是安靜無聲的,如果植物生病、受傷、缺水會叫,那是否代表著植物並不如我們想像中那麼無感呢? 最近有一篇回顧論文,討論關於植物是否真的會對聲音有反應。 過去曾有許多不同的研究發現,用聲音可以刺激植物;如「蜂鳴授粉」(buzz pollination),以及延遲果實成熟等反應。而分子層面的研究也發現,聲音的確可以引發基因表現的改變。 但是,還是很難分辨到底今天植物是真的「聽到」聲音,還是只是感受到音波的震動。而且,植物到底用什麼器官去聽呢? 曾有研究團隊發現,阿拉伯芥( Arabidopsis thaliana )與番茄的葉毛(trichome)會隨著音波擺動。但是,能夠讓葉毛擺動的聲音,大抵上都是高頻率的「噪音」。而且,這還是可能只是震動帶來的效果。 也有人提出,植物可能是使用對物理性刺激有反應的離子通道(mechanosensitive ion channels)。不過,這部分還沒有得到證實。 總而言之,目前科學家們還是不知道植物用什麼來「聽」聲音(如果它確實會聽的話),而植物之間是否會透過聲音來聯絡呢?目前也仍屬未知。 參考文獻: Son, J.-S., Jang, S., Mathevon, N. and Ryu, C.-M. (2024), Is plant acoustic communication fact or fiction?. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.19648

滿江紅(Azolla)作為新食物?

  卡羅萊納滿江紅。圖片來源: 維基百科 滿江紅( Azolla )是蕨類的一個屬,但是它看起來更像浮萍。因為季節變化時會轉紅,所以得了這麼一個風雅的名稱。 根據維基百科的資料,滿江紅這一屬的植物生長極快,不到兩天就可以長一倍。其中尤其是印度的羽葉滿江紅更是高產。 最近有一個研究,想開發滿江紅作為新的食物。 過去沒有想到要吃它,主要是因為它的多酚(polyphenols)含量比較高。 讀者可能會想:多酚不就是類黃酮嗎?不是對身體有好處嗎? 雖然類黃酮對身體是有好處的,但是太多了也會有問題,會干擾養分吸收。大概是因為滿江紅會轉紅吧,所以過去被認為可能不太適合食用。 但是這次,研究團隊認真的去測了一下卡羅萊納滿江紅( Azolla caroliniana Willd)的多酚含量,發現並沒有多高。 然後,他們用三種不同的方法來煮它:水煮、壓力鍋、發酵。三種不同的煮法都可以降低它的多酚含量,發酵的效果尤其好。 與一些蔬菜、穀物(如稻米、小麥、番茄、大豆等)比較,滿江紅的鈣、鉀、磷含量豐富,蛋白質含量也不低。 不過,認真要吃它的話,滿江紅好吃嗎? 根據研究團隊請廚師品嚐後的評語是:「清脆多汁,雖然沒有太多的味道,但帶有一些土壤、金屬、礦物質、蘑菇、苔蘚和草的味道。」 或許可以開發幾個滿江紅菜單之類的? 參考文獻: Daniel Winstead, Francesco Di Gioia, Marjorie Jauregui, Michael Jacobson. Nutritional properties of raw and cooked Azolla caroliniana Willd., an aquatic wild edible plant. Food Science & Nutrition, 2024; DOI: 10.1002/fsn3.3904

獨腳金(Striga)與ABA的雙人舞

  圖片來源:The Plant Journal 獨腳金(Striga)廣泛地分布在澳、非、亞洲,據說在台灣也看得到。 在非洲,獨腳金造成很大的農損,它是寄生植物,種子躲在土裡,等寄主植物要發芽的時候,它就快快發芽,開始大吸特吸寄主植物的養分。 之前曾經報導過它如何偵測寄主植物發芽,最近有一個研究發現,除了strigolactone,ABA(離層酸)對它也很重要。 過去研究ABA對獨腳金的影響的人並不多,但既然ABA對一般植物的種子發芽很重要,好像沒道理對獨腳金沒有影響。畢竟,要當一個出色的寄生蟲,就要能夠廣泛採用寄主的資源不是嗎? 一開始,研究團隊先確認ABA對獨腳金會有什麼影響。一般來說,在獨腳金種子落地後,它就會進入休眠,等到濕度與溫度都適合,才會發芽。從遇到適合的環境到真的發芽,通常都還需要個幾天,這個過渡期被稱為「調理」(conditioned)期。 研究團隊發現,非調理的獨腳金種子如果使用100 μm氟啶酮(Fluridone)與1.0 μm的rac-GR24(一種瑟吉醇類模擬物)一起處理,大部分( 70% )的種子都會發芽;但如果同時也加入 ABA (100  μm),則發芽率降到1%,所以ABA的確會抑制獨腳金種子發芽。 接著,研究團隊測量不同處理的種子,他們發現以氟啶酮(Fluridone)與rac-GR24處理的種子,裡面的ABA含量下降。另外,與分解ABA有關的酵素,在獨腳金種子泡水後表現量上升,進一步證明了ABA的確與獨腳金種子發芽相關。 接著研究團隊發現,隨著獨腳金種子條件化的進展,對ABA的敏感度降低。他們將獨腳金種子在水中調理2天或8天,然後分別用不同濃度的ABA(1.5、3、6、12、25、50和100μM)處理24小時。結果顯示,經過2天調理的獨腳金種子對ABA有明顯的發芽抑制反應,而8天條件化的種子則表現出顯著較低的ABA敏感性。具體而言,當ABA濃度達到100μM時,調理2天的種子發芽率減少到約66%,但調理8天的種子發芽率僅降低了22%。這意味著隨著調理時間的延長,獨腳金種子對ABA的敏感度下降,這可能是種子為了適應環境和提高對宿主激素反應的能力而進行的生理調節。 更有趣的是,研究團隊發現,在種子的調理過程的早期階段,獨腳金種子會釋放ABA,而在經過一定調理時間(如8天)後,這些種子在受到strigolact

Wasabi有大用!

  圖片來源: 維基百科 在台灣俗稱「哇沙米」的山葵( Eutrema japonicum ),是由十字花科山萮菜屬的植物的根莖(rhizome)所製成的調味料。它有一種直衝鼻腔的辛辣味,只要吃過都不會忘記。據說有些餐廳的「哇沙米」其實不是山葵而是辣根,不過我通常都不會主動嘗試。 「哇沙米」這個稱呼其實是從日文的Wasabi(わさび)而來。它的辛辣味來自allyl glucosinolate經由芥子酶(Myrosinase)水解所產生的「異硫氰酸鹽」(allyl isothiocyanate)。當異硫氰酸鹽接觸到我們的TRPA1受器時,就會產生直衝鼻腔的辛辣味,所以TRPA1受器又被稱為Wasabi受器。芥子酶與allyl glucosinolate原本各自位於不同的地方,當我們把山葵的細胞弄破的時候,它們相遇然後產生異硫氰酸鹽。這原本是植物的防禦武器,但是人類卻愛上了這種味道,甚至為此而種植山葵。 雖然從非常久遠以前,山葵就被相信有抗菌的功能,不過直到2000年以後,山葵的異硫氰酸鹽才被證明有抗菌的功能[1],如致病性的大腸桿菌O157以及金黃葡萄球菌,都會被山葵給抑制[2]。 最近大埃及博物館的研究團隊發現,「哇沙米」可以用來殺死紙草(papyrus)上的黴菌[3]。 埃及、羅馬與希臘時代,都留下了不少用紙草紙書寫的文件。這些文件都是重要的文物,但是它們卻很容易發黴。 埃及的研究團隊,將市面上買來的「哇沙米」粉,與蒸餾水混合(60%)後,放在鋁箔紙上,然後把紙草紙放在旁邊。 這些紙草紙當然不是真的歷史文物,而是研究團隊在上面畫圖後,再用人工處理(攝氏100度烤120天)模擬歷史文物的狀態。然後,研究團隊再接種了青黴( Penicillium lanosum ), 黃黴( Aspergillus flavus ) 與 Ulocladium sp 三種真菌。這三種真菌都是之前從紙草文件上面分離出來的。 三天後,紙草紙上面的黴菌消失了,而畫上去的圖並沒有損傷;一個月後再檢查一次,圖畫還是很完整。研究團隊還發現,紙草紙的強度提升了26%。 由於過去對紙草紙文件的保存方法,主要是著重在「防黴」,但是一旦發黴就沒有什麼好方法可以除黴;研究團隊打算開始用「哇沙米」來測試一些真的歷史文件,另外他們也會嘗試其他的辛辣調味料,看看能不能找到更多除黴的辦法。 參考

光與暗的交響曲:揭秘植物類囊體膜(thylakoid)的神秘舞蹈

  萵苣的類囊體。grana就是堆疊的型態。 圖片來源: 維基百科 由於植物不會像動物一樣地動來動去,常常讓人以為植物是完全靜止的。所以對於因為某些原因而陷入靜止狀態的人,我們稱呼他們為「植物人」。 其實,對植物稍有瞭解的人一定知道,植物沒有「完全不動」!只有死翹翹的生物才會完全不動好嗎!就算不討論晚上,白天時植物可是忙得很呢! 植物白天時忙著進行光合作用,依照光的強度,類囊體膜(thylakoid membrane)會時而堆疊、時而散開,而光系統II更是每90分鐘就要重組一次,因為D1蛋白質只能維持90分鐘的壽命。 最近有一個研究,更進一步地去解讀植物類囊體的神秘舞蹈。 研究團隊用了阿拉伯芥( Arabidopsis thaliana )作為研究材料(沒辦法,它太好用了),除了野生型,還加入了兩個雙突變株: stn7stn8 以及 pph1pbcp 。使用這兩個雙突變株是因為, stn7stn8 雙突變會使植物失去能把捕光複合體II(LHCII)的蛋白質磷酸化的能力,造成類囊體膜永遠都會呈現堆疊的狀態;而 pph1pbcp 雙突變則會使植物失去能把捕光複合體II(LHCII)的蛋白質去磷酸化的能力,造成類囊體膜永遠都會呈現不堆疊(散開)的狀態。 然後,他們使用凍裂冷掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡觀察膜區域。另外,他們還採用了PAM (脈衝幅度調變) 光合作用螢光測量技術。這種技術能夠在不破壞樣品的情況下測量植物葉綠體中的光合作用效率和電子傳輸速率。通過測量不同光照條件下的螢光參數,如最大和最小螢光、可變螢光以及螢光淬滅,研究人員能夠推斷LET和CET的相對活性。 研究團隊發現: 在黑暗中,植物的類囊體膜是堆疊的。這種堆疊結構有助於在沒有光照時保護類囊體膜結構,並在光照條件下迅速調整以最佳化光合作用;而 pph1 pbcp 雙突變株的類囊體確實呈現非堆疊狀態,意味著這些突變株在光合作用的調控上被鎖定在類似光照條件下的狀態。在完全沒有光的情況下光反應並不會進行,但是在低光照下或是光照與黑暗交替時,植物類囊體膜的構造和功能調整,以最佳化光合作用效率,包括對CET的依賴以保護植物免受光損害並穩定內部ATP/NADPH的平衡,所以這時候CET的活性「相對」較高。。 在光照下,類囊體膜展現非堆疊結構,使得PSI與PSII之間的距離變遠。這種結構調整有利於線性

使用人工智慧減少農業氨(ammonia)排放

  圖片來源:維基百科 氨(NH₃,ammonia)排放可以導致空氣和水質污染,促進酸雨的形成,並對生態系統造成傷害,如導致水體優養化。氨在大氣中的作用對氣候變遷和空氣品質有重要影響。氨能與硝酸和硫酸氣體反應形成二次氣溶膠,如硝酸銨和硫酸銨,這些氣溶膠能散射進入的輻射,作為雲凝結核,間接增加雲的壽命,對地球的輻射預算有重要影響。因此,氨對於減少大氣中的細顆粒物(PM2.5)和控制空氣品質具有關鍵作用。 農業氨排放是全球氮循環中的一個重要環節,對環境和人類健康構成了顯著影響。農業活動是全球氨排放的主要來源,約佔全球人為氨排放的85%。這些排放主要來自於肥料的應用和畜牧業管理,包括畜牧房的管理、糞便的儲存和應用[1]。因此,減少農業活動中的氨排放是實現環境可持續性的重要目標之一。 最近美國康乃爾大學的研究團隊,使用機器學習來建立一個系統,希望可以幫助農民降低由農業帶來的氨排放[2]。 為了建立這個機器學習模型,研究團隊首先收集了大量與氨排放相關的農業活動數據,包括肥料使用量、作物種類、耕作方式以及氣候和土壤條件等資訊。接著,他們利用這些數據訓練模型,使其能夠識別不同農業管理措施對氨排放的影響。透過反覆的測試和調整,模型最終能夠準確預測在特定條件下的氨排放量,從而為減少全球氨排放提供了科學依據和具體建議。 研究團隊發現,透過最佳化肥料管理,在不改變總氮肥料投入的情況下,可以將氨排放量減少約38%。此外,未來氣候變遷情境下,預計氨排放量將增加,但精準的肥料管理有潛力抵消這些增加。這項工作為改善氮管理提供了機會,以促進全球農業部門的可持續發展。 希望這個模型能夠快點公開讓大家使用,這樣可以有效降低因種植作物所造成的氨排放,真的是太好了。 參考文獻: [1] European Geoscience Union. Global agricultural ammonia emissions simulated with the ORCHIDEE land surface model. (https://gmd.copernicus.org/articles/16/1053/2023/) [2] Xu, P., Li, G., Zheng, Y. et al. Fertilizer management for global ammonia emission red