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轉譯(translation)也受到生物時鐘的調控

圖片來源:wiki

過去對生物時鐘的研究,多半都著眼在轉錄(transcription)作用上,在阿拉伯芥,目前已知有三分之一的基因的轉錄受到生物時鐘的調控;而這些基因則是經由三群時鐘基因(clock genes)經由互相抑制來管理什麼時候要表達什麼基因:早晨基因(morning gene)如CCA1與LHY會抑制如TOC1,LUX,ELF3,ELF4等傍晚基因(evening genes),傍晚基因會抑制PRR5,PRR7,PRR9等白晝基因(day genes),而白晝基因又抑制早晨基因。不過,轉譯(translation)是否也受到生物時鐘的調節呢?

當信息RNA(mRNA)與核糖體(ribosome)結合時,由於核糖體的質量較大,信息RNA便可以被離心下來;而且越多核糖體連接到信息RNA上(也就是所謂的多核糖體polysome結構)就越重,越容易被離心下來。於是,德國與美國學者組成的研究團隊,利用差異化離心(differential centrifugation)技術,找尋是否植物會在一天中不同的時間合成不同的蛋白質。

他們發現,相對於轉錄,植物的基因只有15%在轉譯時有呈現節律性。在這15%裡面,包括了粒線體細胞呼吸的酵素與核糖體的蛋白質,在晚上的時候產生最多;以及光合作用的光系統I(PSI),在晚上與黎明時產生最多;至於光系統II則在黎明時產生較多。不過,光系統的天線--光收穫複合體(LHC,Light Harvesting Complex)則在白天產生較多。

由於時鐘基因都是轉錄因子,究竟是什麼基因調節這些基因的轉譯呢?這有待進一步的研究。有意思的是,在細胞呼吸中,醣解作用(glycolysis)的兩個重要的調節點:PFK-1(phosphofructokinase)與pyruvate kinase,它們的轉譯也受到晝夜節律的影響。

當研究團隊將植物放在連續光照的狀況下時,他們發現雖然植物的蛋白質的產生還是會有節律性,但這個節律卻不是二十四小時,而是比二十四小時要長一點。而且如果把時鐘基因CCA-1高量表現時,植物的蛋白質產生的節律性,就變得只聽命於光照,不再受到內生性節律的調控了。

參考文獻:

Anamika Missra, Ben Ernest, Tim Lohoff, Qidong Jia, James Satterlee, Kenneth Ke and Albrecht G. von Arnim. 2015. The Circadian Clock Modulates Global Daily Cycles of mRNA Ribosome Loading. The Plant Cell. 27(9):2582-2599 doi:

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【原來作物有故事】麵包樹 熱帶果實引發電影傳奇

第一次聽到麵包樹的名字,是在小學的校園裡。當時老師說麵包樹雖然果實真的長得像麵包,但因為台北太冷了,原生於熱帶的它沒辦法在台北開花結果。

後來在花蓮當老師時,發現學校餐廳夏天有時會出現一種特別的蔬菜湯:裡面有黃色果肉、白色種子的「菜」。在地的同事告訴我,那叫做「巴吉魯」,也就是麵包樹的果實。

花蓮的夏天總是不缺「巴吉魯」,不只市場裡有賣、有些人家的院子裡就有麵包樹。在地的朋友說,成熟的果實削皮切塊加點小魚乾煮湯很好喝,長不大的果實(雄花花序)用來燃燒驅蚊,據說比蚊香還有效。

麵包樹是桑科波羅密屬的多年生大型喬木,花為單性花,雌雄同株;果實是由30-68朵雌花所形成的多花果。麵包果通常在採收後五天到一週內食用最好吃,如果冷藏可以保存二到三週。

目前的研究認為麵包樹源自大洋洲新幾內亞、馬來半島、與西密克羅尼西亞。台灣的麵包樹原生於蘭嶼。在蘭嶼,麵包樹稱為“chipogo”,達悟族人用於製作船首、船尾板、坐墊,及住屋用的宗柱、主屋之踏腳板與木笠、木盤等用具,而分泌的乳白色汁液具黏性,可以當作粘接劑。

達悟族較少食用麵包果,倒是台灣東部的阿美族與太魯閣族經常拿麵包果來吃;不過太平洋群島上最常見的吃法應該是將麵包果放在鋪了葉片的坑洞內發酵成可以放二、三年的「果醬」。由於太平洋群島夏季常有颱風,這些「果醬」對各地原住民們是颱風後很重要的緊急糧食。既然麵包樹這麼重要,「南島語族」(包括台灣的原住民)不論坐船到哪裡,總是帶著麵包樹的種子。所以,麵包樹在太平洋各群島上是常見的風景。

第一個看到麵包樹的歐洲人應該是十六世紀末到十七世紀初的葡萄牙航海家佩得羅‧費爾南德斯‧德‧基羅斯。比他晚將近一百年的英國航海家威廉‧丹皮爾船長,他提到麵包樹的果實可以烤來吃。

到了十八世紀,麵包樹突然搖身一變成了「神奇糧食」。到底發生了什麼事呢?原來在1769年與庫克船長乘「奮進號」的英國植物學家班克斯爵士在大溪地看到了麵包樹,因為麵包樹的果實約有四分之一為澱粉、在熱帶地區又長得很好,使班克斯認為麵包樹可能是解決英國在牙買加殖民地奴隸營養問題的解答。於是在1787年,英國皇家科學院派遣邦迪號前往大溪地收集麵包樹帶到加勒比海群島種植。為了這個目的,船上還有一位隨船的植物學家大衛‧尼爾森。

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芥菜在被人們栽種以後,產生了許多不同的栽培種,依用途分為葉用芥菜、根用芥菜和莖用芥菜。在台灣,主要種植的是葉用芥菜與莖用芥菜,主要產地在嘉南平原。2016年光是嘉義、台南與雲林生產的芥菜就佔全國將近八成,其中嘉義產量最高,佔全國三成五。除了可以炒或是水煮來吃以外,莖用芥菜還可以用它膨大的莖瘤來製作榨菜;葉用芥菜則可以製成酸菜、福菜(覆菜)、梅干菜。

酸菜、福菜、梅干菜這三種醃製蔬菜之間,究竟是什麼關係呢?剛收成的芥菜先曬太陽一、兩天之後,加鹽揉搓殺青再放入木桶或缸中、再加鹽醃製七天,就是酸菜。吃不完的酸菜把菜梗與菜葉分開,菜梗撕成長條抹鹽再稍微日曬後裝入瓶罐或甕內倒扣放置,就成為福菜;曬乾的菜葉則捲成球狀,就成了梅干菜。在不同季節收成的雪裡紅(小葉芥菜)製成的梅干菜被稱為冬菜或春菜;也有人說冬菜是「經過曬乾或鹽漬的山東白菜」。其實不論是酸菜、福菜還是梅干菜,都是源自於客家人勤儉愛惜食物的傳統。福菜原本因為製作時需將容器倒過來放置,以便將多餘的水分流掉而被稱為「覆菜」,後來取諧音改稱為「福菜」,象徵好福氣。而榨菜為什麼叫做榨菜,是因為收穫的芥菜莖要加鹽醃製後壓榨出水分,而且這個過程要重複三次,所以才被稱為「榨菜」--可不要寫成「炸」菜喔!

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