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目前顯示的是 三月, 2020的文章

大豆蛋白新用途:作為仿肉的架構

基於環保的理由,近年來開發素肉或仿肉蔚為風潮。有完全以豆類蛋白所製作的素肉,也有組織培養動物細胞而成的仿肉。目前在歐美素肉的開發已有相當成績,仿肉也取得初步成功,但尚未上市。

組織培養動物細胞製作仿肉,說來容易做來難,主要原因是因為肉裡面並不只有動物的肌肉細胞,還有結締組織等作為肉的架構。過去多半都是使用由動物萃取而來的明膠(gelatin,牛的膠原蛋白)來作為仿肉的架構,但如此一來就需要犧牲動物的生命來萃取明膠,即便是來自肉品產業的副產物,對素食者,不論是基於護生或環保的裡由,都有相當的疑慮。

最近有人開發出以大豆蛋白作為仿肉的架構,讓牛的肌肉細胞附著於上生長。根據三位受試者的品嚐經驗,以大豆蛋白作為架構的仿肉,在口感上與牛肉吃不出差異。但這樣製作的仿肉到底有沒有比較環保,還需要進一步的探討。

撇開環保不提,到底以組織培養的方式製作出來的仿肉是否就是「素」的呢?畢竟最開始的來源還是來自於動物,不是嗎?更不用提使用的培養基是否有動物來源製品...

參考文獻:

Nature Food, DOI: 10.1038/s43016-020-0046-5

野化米(feral rice)的祖先

野化米(feral rice,Oryza sativa f. spontanea)也稱為紅米(red rice),特徵為成熟後穀粒會掉落、種子會休眠以及產量低。由於野化米的競爭力很強,近年來已成為稻田中相當令人頭痛的雜草。

最近華盛頓大學分析了全世界524個野化米的基因、並與稻米的基因比較後發現,亞洲的野化米的祖先來自於綠色革命時期的幾個稻米的品系。而讓這些野化米野化的關鍵基因區域,與馴化的基因區域並不重疊。至於拉丁美洲的野化米則是多層次雜交的結果。

對植物而言,野化後的物種在成熟後穀粒會脫落、種子會休眠,這都有利於植物在自然界生存下去的性狀,所以會出現這樣的演化好像也不意外,但筆者很好奇其他的主要穀物(小麥、小米、玉米等)是否也有野化種的出現?

參考文獻:

Jie Qiu, Lei Jia, Dongya Wu, Xifang Weng, Lijuan Chen, Jian Sun, Meihong Chen, Lingfeng Mao, Bowen Jiang, Chuyu Ye, Guilherme Menegol Turra, Longbiao Guo, Guoyou Ye, Qian-Hao Zhu, Toshiyuki Imaizumi, Beng-Kah Song, Laura Scarabel, Aldo Merotto, Kenneth M. Olsen, Longjiang Fan. Diverse genetic mechanisms underlie worldwide convergent rice feralization. Genome Biology, 2020; 21 (1) DOI: 10.1186/s13059-020-01980-x

多樣性農作對環境有益

一項歷時十八年的研究顯示:在農莊上種植多種作物可以維持生物(在本研究中主要觀察的是鳥類)多樣性,同時也可以讓農田更能適應氣候變遷。

這個研究是在哥斯大黎加進行的,比較了過去十八年在傳統農業(單一作物大量種植)、多樣性農業(種植許多種不同的農作物)、森林的生物多樣性。

與森林比起來,不論是傳統農業或多樣性農業,對生態都造成影響。但當比較傳統農業與多樣性農業,傳統農業對(鳥類)生態的傷害要大得多。

為了方便耕作與收穫,傳統農業總是進行大面積的單一作物種植。這個研究提供了一些反思的機會,只是不知道有多少農家願意做這樣麻煩的事?畢竟種植多種不同的農作物意味著人工的增加,而願意從農的人在各國應該都不多吧。

參考文獻:

J. Nicholas Hendershot, Jeffrey R. Smith, Christopher B. Anderson, Andrew D. Letten, Luke O. Frishkoff, Jim R. Zook, Tadashi Fukami, Gretchen C. Daily. Intensive farming drives long-term shifts in avian community composition. Nature, 2020; 579 (7799): 393 DOI: 10.1038/s41586-020-2090-6

先正達(Syngenta)的新投資:WeedOUT

先正達(Syngenta)最近投資了一家在以色列的名為WeedOUT的生技公司。這家生技公司主要研發的項目是:收集雜草(主要是長芒莧 Palmer amaranth)的花粉,以放射線照射後使花粉失去活性,再將花粉釋放到田間,好讓雜草無法結子。

這是否意味著開發除草劑已經越來越困難了?長芒莧在2014年時於中西部大爆發,且對嘉磷塞(glyphosate)這類的全效性除草劑已經出現了抗性,迫使農民必須要進行深耕。根據維基百科的資料,在2006年時已經有抗嘉磷塞的長芒莧出現,到了2019年已有抗2,4-D與汰克草(Dicamba)的長芒莧出現。這種雜草每天可以成長1-2英寸(2.5到5公分),是棉花與大豆田裡的主要雜草。

這種雜草是可以吃的,據說味道相當不錯。不過美國人本來就不太懂得吃青菜囉。

參考文獻:

Syngenta backs sterile pollen start-up. C&EN.

發現保護植物被過多光能傷害的新基因成員

光合作用(photosynthesis)讓植物把光能轉化為化學能,過程中會產生氧氣這個副產物。當植物暴露在過多光能下時,葉綠體(chloroplast)中會產生如單線態氧(singlet oxygen,1O2)等自由基(free radical)。如果任由自由基在葉綠體中堆積,它們便會進一步地去氧化許多細胞內的成員。

為了防止自由基傷害細胞,我們的細胞除了有抵禦自由基的機制,也有偵測自由基的機制。最近歐洲的研究團隊又發現了一個新的基因-名為SAFEGUARD1(簡寫為SAFE1)。缺少SAFE1的植物,在光照下葉綠餅(上圖的Granum)邊緣會出現損傷。

研究團隊是怎麼發現這個基因的呢?原來他們是找尋能逆轉缺少兩個基因(flu ex1)的雙突變株的性狀。這兩個基因的突變,可以使細胞內的單線態氧濃度上升時,並不引發細胞凋亡。原本在正常的植物體內,單線態氧濃度上升應該要引發細胞凋亡的。藉由找尋能讓細胞恢復在單線態氧濃度上升時進行細胞凋亡的突變株,研究團隊找到了SAFE1這個基因。

研究團隊認為,SAFE1可在沒有EX1基因的狀況下,抑制細胞凋亡的發生,顯示了它應該是經由另一條路徑的。未來還需要更多研究來瞭解SAFE1這個基因的功能。

參考文獻:

Liangsheng Wang, Dario Leister, Li Guan, Yi Zheng, Katja Schneider, Martin Lehmann, Klaus Apel, Tatjana Kleine. The Arabidopsis SAFEGUARD1 suppresses singlet oxygen-induced stress responses by protecting grana margins. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020; 201918640 DOI: 10.1073/pnas.1918640117

植物如何發散過多的光能

光合作用(photosynthesis)就是植物以葉綠素(chlorophyll)將光能捕捉下來,產生能量(ATP)與電子(NADPH),用來還原二氧化碳(CO2)產生醣類的過程。說來好像非常簡單,但是在日正當中時,因為無法移動的關係,植物總是會被迫吸收過多的光能。

這些光能如果不排除,就會在植物細胞內遊走,產生自由基,對植物造成傷害。要如何把這些過多的光能給發散掉呢?在教科書裡面總是提到兩個很重要的蛋白質複合體:捕光複合體I與捕光複合體II(light harvesting complex,LHC)。捕光複合體們不只有葉綠素、還有類胡蘿蔔素(carotenoids)。據信,類胡蘿蔔素會將葉綠素所吸收的過多的光能給發散掉,這樣就不會生成自由基來傷害植物了。

說是這麼說,但是誰也沒真的觀察到葉綠素直接把光能傳遞給類胡蘿蔔素過。沒看到過是因為光能傳遞的速度實在太快以及光能的波長未知。

2017年,麻省理工學院的研究團隊建立了一個新的技術,可以觀察10-15秒的能量傳遞,而且從紅光到藍光的範圍都可以看到。於是他們將捕光複合體II放在脂質所構成的奈米盤中進行觀察。這是第一次直接觀察到葉綠素將光能直接傳遞給類胡蘿蔔素。

雖然看到了,但究竟是什麼引發葉綠素將光能傳給類胡蘿蔔素,而不是傳遞給光系統呢?這就需要更多的研究來加深理解了。

參考文獻:

Minjung Son, Alberta Pinnola, Samuel C. Gordon, Roberto Bassi, Gabriela S. Schlau-Cohen. Observation of dissipative chlorophyll-to-carotenoid energy transfer in light-harvesting complex II in membrane nanodiscs. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-15074-6

藍綠菌(cyanobacteria)可能可以做為生質能源?

許多植物如鱷梨(avacado)、白花芥(rape)、橄欖(olive)都會合成大量的脂肪,最近歐洲的科學家們也發現藍綠菌(cyanobacteria)可能也具備了這個能力。

他們在相當受歡迎的模式藍綠菌Synechocystis sp. PCC6803中找到了醯基轉移酶(acyltransferase)。醯基轉移酶是脂肪合成的關鍵酵素。

雖然PCC6803目前只能合成少量的脂肪,但它很容易轉殖,可以透過基因改良的方法來讓醯基轉移酶的表現量上升,進而讓PCC6803合成更多的脂肪。另外,研究團隊們也打算看看其他的藍綠菌是否能合成較多的脂肪。

相對於使用如白花芥這類的植物來生產生質能源,藍綠菌不需要太多的土地,只要能找到理想的菌株,再提供培養液、陽光與水槽就萬事OK。

參考文獻:

Mohammed Aizouq, Helga Peisker, Katharina Gutbrod, Michael Melzer, Georg Hölzl, Peter Dörmann. Triacylglycerol and phytyl ester synthesis in Synechocystis sp. PCC6803. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020; 201915930 DOI: 10.1073/pnas.1915930117

太空萵苣(lettuce)與地球萵苣一樣營養

要進行長程的太空旅行,就必須有辦法在太空中自行生產食物。美國太空總署一直致力於讓太空人在國際太空站(ISS)中種植農作物,幾年前已取得初步成功。

能夠種植蔬菜當然好,但是太空蔬菜是否跟地球蔬菜一樣營養呢?這點是必須注意的,畢竟如果無重力或微重力環境會對植物的生長造成影響,進一步影響到農作物的營養價值,這樣長久下去太空人的健康也會受到影響。

最近發表的一項研究顯示,在太空站生產的萵苣(Lactuca sativa)其營養價值與在地球上生產的一樣好。這裡採用的萵苣品系是紅色羅蔓生菜(red Romaine lettuce)。太空人們把這些羅蔓生菜放在墨西哥捲餅(taco)與起士漢堡中一同食用。

研究團隊同時也分析了在太空站生長的萵苣的微生物體,發現在太空站生長的萵苣,其微生物體的組成比在地球上生長的萵苣要複雜。

未來太空總署將進一步在太空站中種植高麗菜(cabbage)等蔬菜。或許未來真的可以在火星種馬鈴薯喔!

參考文獻:

Frontiers, DOI: 10.3389/fpls.2020.00199

川陳皮素(nobiletin)與肥胖

最近由加拿大西安大略大學發表的研究發現,橘皮中的川陳皮素(nobiletin)可以讓食用高膽固醇、高脂肪的小鼠不那麼胖,也較不易出現胰島素阻抗的狀況。

研究團隊也發現,川陳皮素可以逆轉肥胖所造成的負面影響。

但到底詳細的機制為何,還需要做進一步的研究。原本研究團隊以為川陳皮素是透過影響一個稱為AMPK(AMP-activated protein kinase)的蛋白質激酶來開啟體內燃燒脂肪的機制並抑制脂肪生成的。但是川陳皮素在沒有AMPK的小鼠中仍然有作用,顯示川陳皮素並非透過AMPK來影響脂肪代謝。

過去川陳皮素被發現可以抑制軟骨的分解,對結腸癌可能也有一些預防的效果。

參考文獻:

Nadya M. Morrow et al. 2020. The citrus flavonoid nobiletin confers protection from metabolic dysregulation in high-fat-fed mice independent of AMPK. Journal of Lipid Research 61: 387-402; doi: 10.1194/jlr.RA119000542

匈奴人可能也種小米(millet)

根據維基百科,「匈奴是亞洲大陸北部的遊牧民族在漠北建立的部落聯盟國家,存在年代約在前4世紀年至48年,其後分裂為北匈奴(48年—93年)和南匈奴(48年—216年)。」過去提到匈奴,總覺得是一群住在中國北方的遊牧民族,伺機劫掠中國。

最近德國的普朗克研究所與蒙古國立大學合作,分析了137個匈奴年代的骸骨的同位素組成後發現,匈奴人的生活可能不是純游牧生活,他們也種小米。

青銅時代的匈奴人的確是以奶與肉為主食,輔以少量的植物性食物;但到了匈奴帝國時期,許多人的主食就轉變為以小米為主了。這個現象一直持續到蒙古帝國時期都是這樣。

所以,大漠的風光不見得只有「風吹草低見牛羊」,可能也有「彼黍離離,彼稷之苗」呢。

參考文獻:

Shevan Wilkin, Alicia Ventresca Miller, Bryan K. Miller, Robert N. Spengler, William T. T. Taylor, Ricardo Fernandes, Richard W. Hagan, Madeleine Bleasdale, Jana Zech, S. Ulziibayar, Erdene Myagmar, Nicole Boivin, Patrick Roberts. Economic Diversification Supported the Growth of Mongolia’s Nomadic Empires. Scientific Reports, 2020; 10 (1) DOI: 10.1038/s41598-020-60194-0

三個基因決定植物是否能與真菌形成菌根共生體(arbuscular mycorrhizae)

菌根(mycorrhizae)是與植物根部共生的真菌,約有94%的植物根部都可以找到它(剩下的6%是水生植物)。有些菌根會把菌絲伸入植物的根細胞中形成菌根共生體(arbuscular mycorrhizae,簡稱AM),有些菌根則只會包覆在植物根的外圍,形成外生菌根(ectomycorrhizae,ECM)。這些真菌協助植物吸收水分與礦物質,從植物那裡得到光合作用所產生的醣類,對植物的生長與養分的循環有很大的貢獻。

過去的研究發現,菌根共生體多半都與沙漠、草原、灌木以及熱帶森林的植物在一起,外生菌根則常見於溫帶與寒帶森林。但是,是什麼決定哪些植物要跟外生菌根共生,哪些植物則只會跟菌根共生體共生呢?

歐洲的研究團隊比較了將近四百種植物的基因體,發現能與真菌形成菌根共生體的植物都具備有三個基因,這三個基因分別是RAD1STRSTR2。研究團隊認為,或許與外生菌根形成共生關係的植物所在的環境養分較充足,所以他們不需要與真菌形成那麼緊密的共生關係。

RAD1是個GRAS家族的轉錄因子(transcription factor),缺少RAD1的植物會讓真菌與植物之間的互動發生障礙,同時STRSTR2的表現也會下降。STRSTR2是ABC運輸蛋白,對於形成有功能的菌根共生體非常重要,過去也有研究發現它們可能跟脂肪從植物到真菌的運輸有關。

參考文獻:

Guru V. Radhakrishnan, Jean Keller, Melanie K. Rich, Tatiana Vernié, Duchesse L. Mbadinga Mbadinga, Nicolas Vigneron, Ludovic Cottret, Hélène San Clemente, Cyril Libourel, Jitender Cheema, Anna-Malin Linde, D. Magnus Eklund, Shifeng Cheng, Gane K. S. Wong, Ulf Lagercrantz, Fay-Wei Li, Giles E. D. Oldroyd, Pierre-Marc Delaux. An ancestral signalling pathway is conserved in intracellular symbioses-forming plant line…