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為虎作倀的NbRABG3f

圖片來源:wiki

病毒是一種構造簡單的生物,它們所攜帶的基因並不足以讓他們能夠獨立存活;也因此,究竟病毒能不能算做生物,一直都是有爭議的。畢竟,病毒不能在宿主體外生長、繁殖。

當病毒進入倒楣的宿主體內以後,它們會借用(或者說佔用)宿主的基因來幫忙他們執行繁殖所需要的功能。這些被借用的宿主的蛋白,有的會協助病毒複製,有些則會幫忙把病毒帶到其他的細胞,以擴大病毒感染的範圍...自己的家被壞人入侵已經夠慘了,沒想到這些蛋白質們竟然還「為虎作倀」!究竟要說這群蛋白質傻得可以,還是要說,病毒真是厲害呢?

竹嵌紋病毒(Bamboo Mosaic Virus,簡稱BaMV)也是這些超厲害家族的一員。它的基因體由單股RNA構成,總共只會產生五個蛋白質,但卻能在台灣感染相當多的竹子。根據1992年的研究發現,台灣的竹子曾一度有九成都被它感染呢!被感染的竹子會因為光合作用降低影響竹筍的產量,而受感染的竹筍也會因為纖維化形成「筍釘」,影響口感。

因此,在台灣BaMV受到相當的重視。不過,雖然在實驗室裡以基因槍(particle bombardment)可以成功的感染竹子的新芽,但由於目前在自然界中,究竟它如何傳播並不清楚,且以其他模式都無法成功感染竹子,加上竹子的生命週期很長;因此目前的研究都是以菸草為模式植物(model plant)來進行研究。

慈大生科鄭綺萍老師的研究團隊,最近在菸草中發現了一個稱為NbRABG3f的蛋白質。這個蛋白質在竹嵌紋病毒感染植物時,可能會將病毒帶到植物細胞內執行病毒複製的地方。

這個基因是怎麼找到的呢?綺萍老師的研究團隊經由與其他研究團隊的合作,比較受到竹嵌紋病毒感染與未受到感染的竹子的基因表現,從感染後一、三、五、七天的組織中選取表現量變異度較高的部分來選殖、定序之後,再由其中選出候選基因。

當初一共有五個基因片段進入候選,但是從真核生物裡面釣基因,絕對沒有「頭過身就過」這種事喔!釣上半年還在原地踏步也不是沒有發生過!筆者自己當年釣原核生物的基因就釣超久,而綺萍老師的研究生當年也是歷盡艱辛。由一開始的五個候選人中,最後剩下兩個,其中一個就是NbRABG3f。當初負責釣基因的同學,如今已經遠赴海外並即將為人母,不知道回想起那時的艱辛,是否有滄海桑田之感?

釣到基因,是否就可以休息了呢?才不是呢!接下來更有得忙!綺萍老師的研究團隊分析它的序列後認為,NbRABG3f可能是一個位於植物細胞膜上的、具有鳥糞嘌呤水解酶(GTPase)活性的蛋白質。由於這類的蛋白質大多與液泡(vesicle)在不同胞器間的運輸有關,因此他們在發現降低它的表現會使病毒在細胞內的量變低之後,便嘗試著進行點突變使NbRABG3f無法水解GTP,或是把一段關鍵的蛋白質序列切掉,使它無法鑲嵌入細胞膜。結果發現,不管是點突變還是切掉序列,都會讓BaMV在植物細胞內的數量降低,顯示了這個蛋白質對竹嵌紋病毒的重要性。

竹子在台灣是很重要的農作物,不論是竹筍、竹葉或竹子本身,都與我們的生活息息相關;綺萍老師希望未來可以由研究NbRABG3f找到抑制BaMV感染的方法,幫助農民種出更多好吃的竹筍,提升竹子的產量與品質。

參考文獻:

Lin N.S., Lin F.Z., Huang T.Y. and Hsu Y.H. 1992. Genome properties of Bamboo mosaic virus. Phytopathology. 82: 731-734.

Huang Y.-P. et. al., 2015. NbRABG3f, a member of Rab GTPase, is involved in Bamboo
mosaic virus infection in Nicotiana benthamiana. Molecular Plant Pathology. DOI: 10.1111/mpp.12325

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為什麼「種豆南山下,草盛豆苗稀」?

陶淵明在「歸園田居」詩中,曾經提到「種豆南山下,草盛豆苗稀」。這首詩大家都很熟了,也是很受歡迎的國文教材,但是,有多少人認真去想為什麼「草盛豆苗稀」呢?難道只是因為陶淵明不會種田嗎?

雖然根據歷史的記載,「歸園田居」可能真的就是在他剛隱居的時候寫的(1);而在那時候,可能他的耕種技術也的確是還有待提升;不過筆者卻認為,從生物學的角度來看,「草盛豆苗稀」也不全是耕種技術的問題。

首先,我們來看一下氣候。陶淵明隱居的地點在潯陽柴桑,也就是現在的江西省九江市星子縣。當地是北緯29.44度,在北回歸線以北,屬於濕潤型亞熱帶氣候(2),1971-2000的年平均溫度為攝氏17.03度,每年四月就不再有攝氏零度以下的低溫(3)。雖然還是比臺灣偏北(台北市是北緯25.02度),大致上還是屬於溫和的氣候,植物的種類應該也不會相差太多。即使考慮近年來全球暖化的問題,應該也不會超過攝氏一度(4)。

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不過,並不是所有的植物在夏天時生長速度都會變慢唷!有些植物,如玉米、甘蔗等,反而在夏天時長得特別好。為什麼呢?

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說到這裡,讀者可能會想:什麼是C4植物?為什麼它們能夠既耐熱又耐旱呢?
所謂的C3、C4植物,指得是它們在光合作用上的不同。C3植物進行光合作用時,是由卡爾文循環(Calvin cycle)的酵素(RuBisCo,如圖二)直接抓取溶解在細胞中的二氧化碳,與核酮糖1,5-二磷酸(ribulose 1,5-bisphosphate,RuBP)進行反應;


而C4植物則在卡爾文循環上面,又增加了幾個步驟,而且這幾個步驟還跟卡爾文循環在不同的組織中進行呢(如圖三)!為什麼會這樣呢?


原來,C4植物多半都生活在亞熱帶或熱帶,在這些氣候區,植物進行光合作用時,會遇到一個大問題。

這個問題來自於卡爾文循環的第…

【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。

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康納是德拉瓦州(Delaware)的高中生。他因為對科學有興趣,寫了e-mail給德拉瓦大學(University of Delaware)的白斯教授(Harsh Bais),表達希望能進他的實驗室學習。當白斯老師回信說「OK」的時候,康納高興得不得了。

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