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目前顯示的是 5月, 2020的文章

公元前八世紀的祭壇上發現乳香(Frankincense)與大麻(Cannabis)

圖片來源:Laura Lachman / Israel Museum / Israel Antiquities Authority 聖經裡的古城亞拉得(Arad)位於死海以西,在現今亞拉得西方約十公里處,座落在亞拉得平原上。在公元前兩千五百多年前,迦南人曾在此定居。接著大約有一千五百年左右無人居住,直到公元前十一世紀,以色列人又來此定居,建立猶大王國(Kingdom of Judah)。 在1960年代,這裡的遺跡被發現。到目前研究團隊已發現許多珍貴的文史資料。 在其中一區發現了兩個互相重疊的神廟,時間大約是從公元前九世紀到六世紀之間。神廟位於猶大王國的南邊界,入口處有一大一小兩個祭壇,上面有焚燒物品留下的灰燼。 研究團隊在大的祭壇的灰燼中找到乳香酸(boswellic acid)與降冰片三烯(norursatriene)等三萜類,顯示這裡曾焚燒乳香。 小的祭壇的灰燼中則發現了大麻素的殘留物,如四氫大麻酚(tetrahydrocannabinol)、大麻二酚(cannabidiol)和大麻酚(cannabinol),顯示這裡曾焚燒大麻的花序。 除了這些以外,大的祭壇上發現的殘留物顯示人們曾把乳香與脂肪(fat)混和焚燒;小的祭壇上則是把大麻的花序與動物糞便混和後焚燒。 乳香的使用在聖經上已有記載。由於乳香產自阿拉伯,發現乳香意味著當時的以色列人已經與阿拉伯世界有貿易。 大麻的發現倒是比較意外,畢竟在聖經上並沒有提到使用大麻。這顯示了在兩千七百年前的以色列人已經懂得使用大麻了。 參考文獻: Eran Arie et al. 2020. Cannabis and Frankincense at the Judahite Shrine of Arad. Tel Aviv, Journal of the Institute of Archaeology of Tel Aviv University 47 (1): 5-28; doi: 10.1080/03344355.2020.1732046

製作茉莉酸(jasmonic acid)的先驅物

植物在受到病蟲害攻擊時會製造並分泌茉莉酸(JA,jasmonic acid),茉莉酸接著會啟動一系列的反應,使植物變得不好吃。 茉莉酸是由亞麻酸(Linolenic acid)而來。許多植物賀爾蒙的先驅物也都具有該賀爾蒙的活性,最有名的例子大概就是吉貝素(GA,gibberellic acid)。 科學家們也想知道,茉莉酸的先驅物是否也有賀爾蒙的活性。可是茉莉酸的先驅物難以合成,造成這些化合物非常昂貴。 最近德國的比勒費爾德大學(Bielefeld University)的研究團隊利用了大腸桿菌,成功地完成了茉莉酸的先驅物:12-氧代植物二烯酸(12-OPDA,12-oxophytodienoic acid)的合成。12-OPDA接著會經過一系列的β-氧化作用,產生7-異茉莉酸(7-iso-jasmonic acid)。7-異茉莉酸在沒有酵素的狀況下,自行異構化為茉莉酸。 過去要合成12-OPDA之所以不容易,主要是因為: 圖片來源: Advanced Science 從12,13-EOT(3)到12-OPDA的這個步驟最難,因為12,13-EOT很不穩定,如果沒有很快被下一個酵素「氧化烯環化酶」(AOC2,allene oxide cyclase)接手反應的話,就會產生許多沒用的化合物(左邊紅色的化合物)。 研究團隊藉著在大腸桿菌裡同時表現AOC2與「氧化烯合成酶」(AOS,allene oxide synthase,負責12,13-EOT的合成),使得產生的12,13-EOT可以快速的接觸到AOC2,馬上產生12-OPDA。 12-OPDA除了是茉莉酸的先驅物,還是許多香水的重要原料。完成這個化合物的合成,不僅可以促進植物賀爾蒙生理學上的研究,還可以做香水。 參考文獻: Jana Löwe, Karl‐Josef Dietz, Harald Gröger. From a Biosynthetic Pathway toward a Biocatalytic Process and Chemocatalytic Modifications: Three‐Step Enzymatic Cascade to the Plant Metabolite cis ‐( )‐12‐OPDA and Metathesis‐Derived

荷荷芭(jojoba)的基因體

荷荷芭。圖片來源: 維基百科 原產於美國西南部的荷荷芭(jojoba, Simmondsia chinensis )一般大約可生長到1-2公尺高,少數可長到三公尺高,雌雄異株。種子富含液態蠟狀油脂,是植物中唯一產蠟的。所生產的荷荷芭油,性質類似於抹香鯨油。印地安人使用荷荷芭油來潤膚。 最近一個國際研究團隊完成了它的基因體定序。研究團隊認為,荷荷芭可以在種子內儲存超過六成的油脂,其中有九成五是蠟質,這顯示了這種植物不凡的性質,對它進行定序應該可以獲取不少有用的資訊。 荷荷芭的基因體大約有八億八千七百萬鹼基對,共含有兩萬三千四百九十個基因,包含了十三對染色體。分析顯示荷荷芭基因相當古老,重組的基因並不多。它的兩萬三千多個基因其中的一萬八千四百七十一個可歸類到一萬兩千四百八十六群中,而這些基因群裡面有八成(九千八百七十六群)可在擬南芥、甜菜、蓖麻等植物中找到。基因中有大約七成是轉位子(transposable element)。 參考文獻: Drew Sturtevant et al. 2020. The genome of jojoba ( Simmondsia chinensis ): A taxonomically isolated species that directs wax ester accumulation in its seeds. Science Advances 6 (11): eaay3240; doi: 10.1126/sciadv.aay3240

滾石會生苔?

冰島冰河上的苔球。圖片來源: Ruth Mottram 在阿拉斯加、冰島、南美洲、北歐的某些冰河上,有著這樣的風景:一顆顆橢圓形的苔球散佈在冰原上。 有位冰河學家注意到這些苔球。他與另兩位同僚研究了以後發現:這些苔球(先前發現它們的科學家們將它稱為「冰河鼠」glacier mice)並不是靜止地躺在那裡不動,而是以每天2.5公分的速度在緩慢地滾動。 切開苔球發現,這些苔球的內部濕濕軟軟的。整個苔球可能由超過一種的苔構成,中心有些塵土。 或許大家會想到風滾草(tumbleweed),但這些苔球並不隨風四散滾動,而是極慢極慢的朝著單一方向滾動,而且所有的苔球都朝著同一方向滾。研究團隊發現,苔球滾動的方向並不受到重力影響(也就是說,不一定是朝低處滾),跟風力也無關。 參考文獻: Polar Biology https://doi.org/10.1007/s00300-020-02675-6

公元250年的烏茲別克斯坦就有水稻

稻米(1,2)。 圖片來源:Chen et al, doi: 10.1007/s11430-019-9585-2. 稻米是亞洲最重要的穀物,在東亞與南亞尤其重要。在中亞,稻米也是非常重要的穀物,但是相關的考古證據並不多。 亞洲的稻米分為兩大品種:秈稻與粳稻。秈稻多分佈在亞洲南部、粳稻多分佈在北部。 最近一個國際研究團隊在中亞的東南烏茲別克斯坦的Surkhan Darya地區的Khalchayan考古現場發現了兩顆完整的米粒。從米粒的長寬比看來,這兩粒米應該是粳米(japonica)。 除了稻米,他們還發現了小麥、大麥、豌豆、亞麻、小扁豆、葡萄和其他農作物。 這個發現顯示了在公元250年時,居住在中亞的人們應該已經開始「吃飯」了。 參考文獻: G. Chen et al. 2020. Kushan Period rice in the Amu Darya Basin: Evidence for prehistoric exchange along the southern Himalaya. Sci. China Earth Sci 63, 841-851; doi: 10.1007/s11430-019-9585-2

巴西胡椒木(Schinus terebinthifolia)果實萃取物可治療耐甲氧西林金黃色葡萄球菌(MRSA)感染

巴西胡椒木。圖片來源: 維基百科 巴西胡椒木( Schinus terebinthifolia )原產於熱帶與亞熱帶南美洲,是世界百大入侵種之一。但是在亞瑪遜,它被當地人拿來治療皮膚感染。 有鑑於此,科學家們針對巴西胡椒木的果實進行了研究。2017年的研究發現,果實的萃取物可藉由抑制金黃色葡萄球菌之間的聯繫、讓它們不能進行群聚感應(Quorum sensing)、從而使細菌們無法分泌毒素。 但這萃取物的成分很複雜,含有27種化合物。最近研究團隊再接再勵,從這27種化合物中分離出三種三萜酸(triterpenoid acid):3-oxo-olean-12-en-28-oic acid、 3-oxotirucalla-7,24Z-dien-26-oic acid 與 3α-hydroxytirucalla-7,24 Z-dien-27-oic acid。這三個三萜酸對於抑制葡萄球菌的效果都很好。 參考文獻: Huaqiao Tang, Gina Porras, Morgan M. Brown, Francois Chassagne, James T. Lyles, John Bacsa, Alexander R. Horswill, Cassandra L. Quave. Triterpenoid acids isolated from Schinus terebinthifolia fruits reduce Staphylococcus aureus virulence and abate dermonecrosis. Scientific Reports, 2020; 10 (1) DOI: 10.1038/s41598-020-65080-3

罌粟(poppy)種子內含的嗎啡可藉加熱去除

灑了罌粟種子的貝果(上)。 圖片來源: 維基百科 在美國很受歡迎的喜劇劇集「Seinfeld」(已於1998年完結)裡面有個 橋段 : 伊蓮 的工作要出差去肯亞,需要先驗尿,可是驗了兩次都驗出少量的鴉片(opiate)。伊蓮百思不得其解,後來才發現原來她很喜歡吃灑了罌粟種子的瑪芬,就是那一點點的罌粟種子讓她的尿液中出現鴉片。 或許你覺得這一定不是真的,只是喜劇的戲劇效果。但是科學家們說這是真的!所以,如果你不想被誤會為「鴉片仙」,驗尿前最好別吃任何含有罌粟種子的產品(貝果、瑪芬)。 但是在烘焙食品上應用罌粟種子,在國外是很普遍的事情。對於愛吃它的人來說,貝果和瑪芬上那些香香脆脆的罌粟種子是不可或缺的添加物。那要怎麼辦呢? 最近的研究發現,如果先把罌粟種子以攝氏200度烤40分鐘,內含的嗎啡(morphine)、可待因(codeine)、蒂巴因(thebaine)等鴉片類生物鹼就會分解掉了。 當然,可能有人會問:如果攝氏200度烤40分鐘可以分解掉這些鴉片類生物鹼,那麼為什麼烤貝果跟烤瑪芬上面的罌粟種子還會含有鴉片類生物鹼呢? 研究團隊測量的一下發現,烤瑪芬時,雖然烤箱調到攝氏200度,但瑪芬裡面跟表面的溫度大約只有100度(裡面)跟136度(表面)。或許那就是為什麼烤瑪芬上面的罌粟種子仍含有生物鹼的原因。當然也有可能是因為沒有烤那麼久(烤瑪芬只烤16分鐘)。 雖然攝氏200度烤40分鐘可以分解掉鴉片類生物鹼,但研究團隊也提到,烤這麼久有可能會影響罌粟種子的口感。當然這就有待饕客的試驗了! 參考文獻: Shalaka A. Shetge, Michael P. Dzakovich, Jessica L. Cooperstone, Daria Kleinmeier, Benjamin W. Redan. Concentrations of the Opium Alkaloids Morphine, Codeine, and Thebaine in Poppy Seeds are Reduced after Thermal and Washing Treatments but are Not Affected when Incorporated in a Model Baked Product. Journal of Agricu

從野生麥類找到對抗小麥赤黴病(Fusarium head blight)的基因

小麥赤黴病(右)。 圖片來源: 維基百科 小麥赤黴病(Fusarium head blight) 是由鐮孢菌屬( Fusarium spp ,其中較有名者為 Fusarium graminearum ,禾穀鐮孢菌)引起。當小麥抽穗、開花、灌漿時期,若遇到連續陰雨天氣,就容易發生此病害。另外,地勢低窪、排水不良與濕度大的小麥田,也容易出現。感染初期在穗殼上產生水浸狀淡褐色斑點,逐漸擴大到整個穗部,在氣候潮濕的情況下,穗軸於穗殼交界之基部會產生粉紅色的黴狀物,嚴重時整穗枯死。另外,鐮孢菌屬感染時會產生真菌毒素(mycotoxin),使麥粒無法食用。估計小麥赤黴病每年造成的農損大約是兩千八百萬噸(五十六億元美金)。 近年來,因為玉米的栽種以及免耕耕作,使得小麥赤黴病有愈演愈烈的趨勢。最近的研究成果發現,來自小麥的野生親戚:「長穗偃麥草( Thinopyrum elongatum )」的穀胱甘肽S-轉移酶(glutathione S-transferase),不僅可以解毒真菌毒素,還可以讓小麥對禾穀鐮孢菌產生抗性。 研究團隊發現,這個穀胱甘肽S-轉移酶基因( Fhb7 )在其他的植物裡面都找不到。進一步的資料庫搜尋,在一種會與溫帶雜草共生的真菌中,找到了類似的基因。這顯示了這個基因有可能是來自於真菌。 長穗偃麥草 從1930年代起,就被使用於小麥的育種。它具有生長繁茂、多花多實、高光效、抗病、耐鹽鹼、耐乾旱等優良特性,在抗小麥赤黴病方面尤為突出,是小麥遺傳改良中具有重要價值的優異外源植物。 參考文獻: Science 22 May 2020: Vol. 368, Issue 6493, eaba5435 DOI: 10.1126/science.aba5435

冰過的番茄會不會比較不香甜?

番茄。圖片來源: 維基百科 抱怨番茄沒味道的人越來越多,過去的研究也發現,可能是大家喜歡整顆紅紅的番茄,造成育種的專家們就想辦法挑選那些成熟時會整顆紅透的;結果具有這個性狀(稱為U性狀,意即Uniform Ripening)的蕃茄,因為葉綠素累積減少,使它們在成熟時儲存較少的糖,於是現在的蕃茄都變得比較不甜了。 但是冷藏是否會影響番茄的風味呢?最近德國的研究團隊把番茄冷藏在攝氏12.5度下一天、接著攝氏20度兩天以後,再分別儲藏在攝氏20度或攝氏七度(冰箱冷藏庫)四天,接著以電子舌分析,發現風味沒有什麼差別。 簡單來講:如果你覺得冰過的番茄不好吃,那是因為你買來的番茄本來就不好吃,跟冷藏無關。 對照2016年曾發表過的一個研究「 冰過的番茄為什麼不好吃? 」,這兩個研究是否有自相矛盾之處呢? 答案是沒有的。2016年的研究,該研究團隊把番茄放在攝氏五度下冷藏七天才出現不同。如果只是冷藏一到三天,風味並沒有受到影響。 總而言之,如果想吃香甜的番茄,買的時候就要挑選香甜的,還有,不要冰太久。 參考文獻: Larissa Kanski, Marcel Naumann, Elke Pawelzik. Flavor-Related Quality Attributes of Ripe Tomatoes Are Not Significantly Affected Under Two Common Household Conditions. Frontiers in Plant Science, 2020; 11 DOI: 10.3389/fpls.2020.00472

「酒量基因」原來只存在於少數動物裡

圖片來源: 維基百科 不只是人會喝酒,許多動物都會喝酒,也會喝醉。 最有名的可能是大象喝酒了:在1974年的印度西孟加拉邦,150頭大象闖入一家啤酒廠後喝得醉醺醺,然後橫衝直撞,摧毀了建築物,造成5人死亡。 但是有些學者還是對於其他動物會喝醉這件事心存懷疑。有科學家以大象的體重來算,發現一頭大象要在短時間內喝下27公升含7%酒精濃度的飲料才會喝醉。撇開有些啤酒的酒精濃度並沒有這麼高不提,大象要找到這麼多酒來喝,可以說是近乎不可能的。所以他們認為,其他動物所展現的所謂「喝醉」的行為,或許根本跟酒精無關。 但是他們忘了一件事:其他動物是否跟人一樣,可以快速地代謝酒精呢? 最近加拿大的一項研究發現,大部分的哺乳類其實都不能快速代謝酒精,這使得他們容易醉。 這項研究取了八十五種哺乳類的DNA,計畫分析牠們的乙醇脫氫酶第四型(ADH IV,alcohol dehydrogenase IV),最後得到七十九種哺乳類的ADH IV基因。 研究團隊發現,大猿(人、黑猩猩、巴諾布猿、大猩猩)的ADH IV在第294個胺基酸上發生突變,由丙胺酸(alanine)變為纈胺酸(valine),這使得纈胺酸版本的ADH IV代謝酒精的速度成為丙胺酸版本(原版本)的四十倍。其他動物的ADH IV,要不就是維持丙胺酸版本,要不就是裡面含有無義突變(nonsense mutation),使牠們無法產生有功能的ADH IV。 唯二的例外是另外兩種以水果為食的哺乳類:狐蝠( Pteropus 屬)與指猴( Daubentonia madagascariensis )。 研究團隊分析這些哺乳類的ADH IV基因與牠們的食性發現,這些維持原來版本或帶有失去功能的ADH IV基因的動物,水果都不是牠們的主食。有些吃肉、有些吃草。 大象、牛與狗帶有失去功能的ADH IV基因。有趣的事情是,現代的大象其實會吃水果,但是牠們卻帶有失去功能的ADH IV基因。過去的研究發現,大象大約在八百萬年前轉為以草為主食,直到一百萬年前才又開始吃水果。或許在那漫長的幾百萬年間,因為沒有選擇壓力(selection pressure),使牠們的ADH IV基因失去功能。 另一個有趣的發現是樹鼩。樹鼩的ADH IV基因並不是纈胺酸版本,但是牠們可以食用很多含酒精的花蜜卻不會醉。可能牠

二氧化碳(carbon dioxide)、植物氣孔與全球暖化

植物的氣孔。圖片來源: 維基百科 全球暖化(global warming)是近年來被熱烈討論的議題,而它的成因則被認為是因為人類的活動排放大量的二氧化碳(CO 2 )、甲烷(CH 4 )、一氧化二氮(N 2 O),這些氣體吸熱的能力比氧氣與氮氣(大氣的主要成分)要好,所以讓地表的熱無法逸散出去,造成暖化。其中又以二氧化碳的排放量最大。 最近南韓的浦項科技大學(POSTECH)的研究團隊發現,大氣中二氧化碳的上昇也影響了植物,讓植物的氣孔(stomata)開啟的時間變短,造成植物降低蒸散作用,這也使得更多的熱被留在地表。 怎麼說呢?原來植物的蒸散作用(transpiration)就是植物把水以蒸汽的形式逸散到大氣中。在這過程裡,植物把從土壤中吸收的水分帶到植物體各處,最後從氣孔逸散出去。 水分子的蒸發會帶走熱。所以在植物進行蒸散作用時,同時也把地表的熱帶到大氣中。 當大氣中二氧化碳濃度上昇時,植物也就不需要時時把氣孔全開來吸收大氣中的二氧化碳;這麼一來,能藉由氣孔蒸散出去的水蒸汽也就減少了,能帶走的熱也減少了。更多的熱被保留在地表,所以全球暖化就變得更嚴重了。 參考文獻: So-Won Park, Jin-Soo Kim, Jong-Seong Kug. The intensification of Arctic warming as a result of CO 2 physiological forcing. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-15924-3

貓薄荷(catnip)的「吸貓」基因

貓薄荷。圖片來源: 維基百科 貓薄荷( Nepeta cataria ,俗名 Catnip、Catmint )屬於脣形科 (Lamiaceae),原產於歐洲東部與南部、中東、中亞以及中國的部分地區。同科植物包括了迷迭香、鼠尾草等。 養過貓的人就算沒有買過貓薄荷,也聽過貓薄荷的威力。貓咪只要聞到貓薄荷的味道,就會變得興奮、好動又暴躁,最後會沉沉睡去...聽起來很像人用了毒品的感覺不是嗎? 過去的研究也發現,貓薄荷裡面會讓貓咪變得超high的成分是荊芥內酯(nepetalactone)。荊芥內酯是環烯醚萜(Iridoid)的一種,屬於單萜物質,由一個五元環和六元環構成。 荊芥內酯。圖片來源: 維基百科 在脣形科的荊芥亞科(Nepetoideae)中,只有荊芥屬( Nepeta )具有製造荊芥內酯的能力,其他植物(如薄荷、羅勒、奧瑞岡、迷迭香)都無法合成。這個現象讓科學家們感到非常好奇。最近,普朗克化學生態研究所的研究團隊分析了貓薄荷以及其近緣植物牛膝草( Hyssopus officinalis )的基因,發現合成荊芥內酯的基因在貓薄荷的基因體上形成一群(cluster)。 到底為什麼這些基因在脣形科的演化中被遺失,但又在荊芥屬中再度出現?研究團隊只能推測或許保留這些基因對荊芥屬植物在原始生存環境中應該是有益處的,但究竟是怎麼一回事,可能是個難以解開的謎團了。 後記:有網友提到中藥的荊芥( Schizonepeta tenuifolia )的成分中並未含有荊芥內酯,查了一下發現中藥的荊芥是裂葉荊芥屬( Schizonepeta )與貓薄荷不同屬,但同屬於脣形科。 參考文獻: Benjamin R. Lichman, Grant T. Godden, John P. Hamilton, Lira Palmer, Mohamed O. Kamileen, Dongyan Zhao, Brieanne Vaillancourt, Joshua C. Wood, Miao Sun, Taliesin J. Kinser, Laura K. Henry, Carlos Rodriguez-Lopez, Natalia Dudareva, Douglas E. Soltis, Pamela S. Soltis, C. Robin Bu

用活的藍綠菌(cyanobacteria)製作創傷貼布

藍綠菌 Synechococcus elongatus  PCC7942。圖片來源: 維基百科 大約有四分之一的糖尿病人因為循環不佳而有傷口難以癒合的問題,通常這會藉由氧氣治療(不知是否為高壓氧治療,請知道的朋友不吝指正)來提升復原的能力。 最近中國的南京大學的研究團隊開發了一種結合活的藍綠菌 Synechococcus elongatus 與水凝膠的貼布,讓藍綠菌行光合作用後釋放出來的氧氣與水凝膠結合後,慢慢釋放到傷口處的汗管與毛囊,來提升復原的能力。 研究團隊將藍綠菌貼布與標準氧氣療法對患有直徑為1厘米皮膚傷口的糖尿病小鼠進行了比較,發現六天後,用藍綠菌貼布治療的傷口縮小了45%,而用氧氣治療的傷口僅縮小了20%。用藍綠菌貼布處理的傷口也大約在三天前完全閉合,也沒有觀察到副作用。更好的事情是:藍綠菌貼布很便宜,每片大約30元新台幣(0.82英鎊)。 藍綠菌貼布的優越性能似乎與更好的氧氣輸送有關,因為發現它向小鼠皮膚中輸送的氧氣比氧氣治療多100倍。 研究團隊現在打算進行下一階段的動物試驗(使用更大的動物),如效果不錯則會考慮進行人體試驗。 參考文獻: Science Advances,DOI:10.1126 / sciadv.aba4311

四千兩百年前的降溫事件讓稉稻傳播更遠

圖片來源:維基百科 你知道全球一半的人的主食是稻米嗎?並不是只有亞洲人才吃米,非洲人也吃米,只是他們吃的品種不一樣罷了。 考古證據發現,稻米最早大約在九千年前在亞洲的長江流域馴化,馴化的品種為稉稻( Oryza sativa subsp. japonica ),然後傳播到東亞、東南亞和南亞,然後是中東、非洲、歐洲和美洲。在此過程中,水稻演化並適應了不同的環境,但對這種傳播所涉及的路線、時間和環境因素知之甚少。 最近紐約大學一項結合了基因分析、考古學與古氣候學的研究發現,發生在4,200年前的一次全球性重大降溫事件可能導致了新水稻品系的演化以及水稻向亞洲北部和南部的擴散。 研究人員分析了1,400多個水稻的全基因組序列(包括亞洲水稻的兩個主要亞種-稉稻和秈稻, Oryza sativa subsp. indica )的全基因組序列,並結合了地理、考古學和歷史氣候數據。 在馴化的頭4,000年,水稻的種植主要侷限於中國,而稉稻是種植的亞種。然後,4,200年前的全球降溫事件-也稱為4.2k事件,據認為造成從美索不達米亞到中國的文明崩潰-恰逢稉稻演化出溫帶和熱帶品系。溫帶品系分佈在中國北部、韓國和日本,而熱帶品系則傳播到東南亞。 全球降溫事件之後,熱帶稉稻繼續演化。考古證據與基因體的分析顯示,它可能是隨著於貿易網絡以及該地區商品和人民的流動,在大約在2,500年前到達東南亞的島嶼。 至於秈稻則在大約4,000年前起源於印度的恒河下游谷地後,大約在2,000年前從印度向中國傳播。 了解稻米的傳播和相關的環境壓力也可以幫助科學家開發新品系,以應對未來的環境挑戰,例如氣候變化和乾旱-可以幫助解決迫在眉睫的糧食安全問題。 參考文獻: Rafal M. Gutaker, Simon C. Groen, Emily S. Bellis, Jae Y. Choi, Inês S. Pires, R. Kyle Bocinsky, Emma R. Slayton, Olivia Wilkins, Cristina C. Castillo, Sónia Negrão, M. Margarida Oliveira, Dorian Q. Fuller, Jade A. d’Alpoim Guedes, Jesse R. Lasky, Michael

食蟲植物(Carnivorous plant)的基因體有共通之處

小毛氈苔。圖片來源: 維基百科 絕大部分的植物都是進行光合作用產生養分、從土壤與空氣中吸取其他的營養素,成為其他動物的食物。 但食蟲植物(carnivorous plants)卻反其道而行,它們大都生活在貧瘠的環境中,靠著捕捉路過的小動物為食。這些食蟲植物捕蟲的方式多樣:如小毛氈苔( Drosera spatulata )以分泌黏液的腺毛黏住昆蟲、捕蠅草( Dionaea muscipula )的捕蟲夾內側有感覺毛,在感應到昆蟲進入後便很快地關閉,將昆蟲困住後再慢慢消化、而囊泡貉藻( Aldrovanda vesiculosa )也具有類似捕蠅草的捕蟲夾,能困住路過的小型無脊椎動物並將之消化、豬籠草( Nepenthes )則以捕蟲籠來捕捉與消化昆蟲等小動物、貍藻( Utricularia )則具有捕蟲囊,當小蟲靠近捕蟲囊時,會因為碰觸到外面的剛毛狀分支附屬物,驅動狸藻的捕蟲囊收縮,將小蟲吸進去。 囊泡貉藻。圖片來源: 維基百科 最近德國的研究團隊定序了囊泡貉藻、捕蠅草、小毛氈苔,並比較它們的基因體後發現,這三種食蟲植物的基因體,竟然有些相似之處!它們的共同點包括了:這些食蟲植物的基因數,在植物界中都算是少的。大部分的植物的基因體都有三萬到四萬個基因,但小毛氈苔只有18,111個,捕蠅草只有21,135個,而囊泡貉藻的基因數最多,但也只有兩萬五千多個(25,123)基因而已。 捕蠅草。圖片來源: 維基百科 另一個相同之處是:這些食蟲植物都把部分根的基因轉來表現在它們的捕蟲器官上。為什麼會這樣,或許是因為它們都生活在缺乏養分的環境中,所以不大需要表現許多根的基因來調節養分的吸收與運送?三者之中的囊泡貉藻根本連根的構造都沒有,或許是這樣,所以根的基因就被移作他用了。 當然這篇論文只是許多工作的開始。相信進一步進行更多序列的分析,可以得到更多有趣的結果;筆者也很好奇,如果再多定序幾種食蟲植物(如本文中提到的豬籠草與貍藻)來進行比較,是否也會有相同的結論呢?讓我們期待這個研究團隊在未來能跟我們分享更多的成果吧! 參考文獻: Gergo Palfalvi, Thomas Hackl, Niklas Terhoeven, Tomoko F. Shibata, Tomoaki Nishiyama, Markus Ankenbrand

植物如何對毛毛蟲的啃咬作出反應?

斜紋夜盜蛾的幼蟲。圖片來源: 維基百科 植物被毛毛蟲啃咬的時候會發生防禦反應,這在植物生理學課程中已經是常識了。當毛毛蟲啃咬植物時,植物的脂肪酸和毛毛蟲口水中的胺基酸在毛毛蟲口中結合後,在毛毛蟲的腸子裡進一步反應產生如「激發子」(elicitor)這類的化合物(被統稱為「來自草食動物的危險信號」HDS,herbivore-derived danger signals)。目前已知這些化合物可以激發植物合成茉莉酸(jasmonic acid,JA),但中間的許多步驟仍屬未知。 為了要瞭解中間到底發生了什麼事,東京科學大學(Tokyo University of Science)的研究團隊使用斜紋夜盜蛾( Spodoptera litura )與大豆作為研究材料,試圖找出究竟在植物是什麼分子對這些「激發子」產生反應,並啟動下一步驟。 從過去對擬南芥( Arabidopsis thaliana )、煙草與豇豆的研究可知,對這些「激發子」有反應的分子可能是所謂的「類受器激酶」(RLK,receptor-like kinase),因此研究團隊選取了擬南芥的類受器激酶AtCERK1,在大豆的基因體中找尋與其序列類似的基因。 研究團隊一共找到了十五個與AtCERK1相似的基因(相同的程度只有44%)。接著他們把這十五個基因分別轉入擬南芥中,並觀察這些轉殖植物對斜紋夜盜蛾口腔分泌物的反應。 結果研究團隊發現,其中兩個基因對斜紋夜盜蛾口腔分泌物有反應:於是這兩個基因被命名為GmHAK1與GmHAK2。但是當研究團隊測試這兩個基因的細胞外結構域(extracellular domain)是否能與斜紋夜盜蛾口腔分泌物中的一個寡糖Frα發生互動時,卻沒有觀察到任何互動。 雖然這結果有點令人失望,不過斜紋夜盜蛾的口腔分泌物也不是只有Frα一個分子。研究團隊另外還將大豆的GmHAK1與GmHAK2分別以基因沉默技術進行基因敲落(knockdown)。結果發現表現量被降低的GmHAK1與GmHAK2被斜紋夜盜蛾危害的程度比控制組要嚴重的多。 研究團隊在擬南芥中也找到了GmHAK1的同源基因,顯示了類似的傳導路徑在不同種類的植物中都是存在的。未來研究團隊對這兩個大豆基因GmHAK1與GmHAK2還有許多工作需要進行,期待可以經由研究它們,更深入瞭解植物在被毛毛蟲啃咬後

花兒是否都會持續向上?

圖片來源: New Phytologist 植物因為不會動,在田野間難免會被風吹彎、被雨打彎、被踩彎...如果是營養器官(莖、葉),植物一定會透過不對稱生長來讓自己的頂芽再度向上,以便獲取夠多的光線。但如果是花呢?不知道大家是否看過如上圖的情況,當植物開花時,因為某些因素把花莖給弄彎了,它還會藉著彎曲生長自己的花莖,將花兒轉回向上的姿勢? 我們在田間看到這樣的狀態,大概只會一笑置之;但就是有研究團隊想要觀察一下,是否所有的植物在因為某些因素把花莖給弄彎後,都會想辦法讓自己的花兒回轉到向上的姿勢。 結果他們發現:開兩側對稱的花的植物,大多都會想辦法回復到向上的姿勢;而開輻射對稱的花的植物,大部分都不會回復。在那些會回復到向上姿勢的植物中,有些是如上圖一樣,整個花莖進行彎曲生長;有些則是只彎曲花梗;甚至有些只把雄蕊、雌蕊的方向給調整一下就好的也有。 或許對植物來說,開花以後最重要的是花的朝向。花必需要朝向正確的方向,授粉者才會看到它並進行授粉。對於兩側對稱的花,當花莖彎曲時花的朝向就不對了,於是植物便需要藉由不對稱生長來重新調整花的位置。但輻射對稱的花則因為任何角度看起來都一樣(360度無死角),所以花莖彎曲以後也不需要重新調整花的位置。 筆者認為,如果能針對風媒花、水媒花、蟲(動物)媒花分別進行同樣的實驗,結果應該會更有意思! 參考文獻: W. Scott Armbruster Nathan Muchhala. 2020. Floral reorientation: the restoration of pollination accuracy after accidents . New Phytol.

現代的「鬱金香」與本草綱目的「郁金香」不是同一種植物

現代的鬱金香。圖片來源: 維基百科 提到現代的鬱金香( Tulipa 屬)大家都不陌生,它是荷蘭的國花,也是很受歡迎的切花。上週荷蘭國慶,為了對台灣捐口罩表示感謝,荷蘭政府還特別空運了3999朵的鬱金香給台灣的醫療人員。 因為工作需要,想找到底鬱金香是何時第一次進口台灣?東找西找,直到用了「鬱金香是哪一年第一次進口台灣」才在 這個網站 找到是1908年第一次進口,而且是從日本引進。(後來才發現幾個不同的網站好像都從 kplant這個網站 上引用過去的) 但是在看這些資料時,卻很驚訝地發現上面還提到鬱金香有藥性: 「性味:麟莖:苦、平。效用:麟莖:鎮痛,解毒。 治臟燥症;花:除臭解毒。治心腹間惡氣,蠱毒。」 這讓我大為驚訝。我第一個直覺是,會不會把「鬱金」跟「鬱金香」給弄混了?由於我對中藥的知識普普,我便先查了一下「鬱金」,發現它是薑科的植物。根據「醫砭」上的資料,鬱金是: 「薑科多年生草本植物溫鬱金 ( Curcuma wenyujin Y. H. Chen et C. Ling) 、薑黃 ( C. longa L.)、廣西莪朮 ( C. kwangsiensis S. G. Lee et C. F. Liang) 或蓬莪朮 ( C. phaeocaulis Val.) 的塊根。 」 接著我注意到網站上提到,《本草綱目》稱為紫述香。於是我查了一下本草,發現紫述香這個名稱是別名,真正的名字是「郁金香」。 難道這個「郁金香」真的是現在的「鬱金香」嗎?看了一下本草裡面的描述,李時珍引用唐書對「郁金香」的描述是: 「太宗時,伽毗國獻郁金香,葉似麥門冬,九月花開,狀似芙蓉,其色紫碧,香聞數十步,花而不實,欲種者取根。」 於是我去google了一下麥門冬的照片,它的葉子左看右看就是不像鬱金香。更不要提「九月花開,狀似芙蓉,其色紫碧」, Tulipa 屬的鬱金香有多種顏色,怎麼可能只有一種顏色呢?而且花也不是開在九月! 到這裡我就卡住了。幸好有超棒的朋友可以讓我問問題,於是我問了我的中藥專家朋友,他馬上就解答了我的疑惑。原來中藥裡面的「郁金香」是鳶尾科植物 Crocus sativus ,梵文稱Kumkuma,漢譯茶矩摩。許多台灣的網站把中藥的「郁金香」跟 Tulipa 屬的鬱

都市的蜜蜂吃什麼?

不知道大家是否曾注意過,台灣的蜂蜜去年(2019)因為氣候異常,幾乎無蜜可收的新聞嗎?今年雖然有荔枝蜜,但龍眼開花的時候又遇到下雨所以收到的蜜也不多。 蜜蜂要採蜜需要有蜜源。在台灣,專業的蜂農會帶著蜂箱逐蜜源而居,讓牠們採不同地方的花蜜,釀成不同風味的蜂蜜。 近年來在都市養蜂的風氣漸盛,是否有想過都市的蜜蜂到底採得是什麼花呢? 在夏天,紫薇也可以成為蜜源之一。圖片來源: 維基百科 賓夕法尼亞州立大學的研究團隊,以分析蜜蜂帶回其蜂群的花粉的方法,研究都市的蜜蜂到底吃些什麼。 研究團隊在費城各地安裝了12個養蜂場,每個養蜂場包含三個蜂群。每個蜂群都配備了一個花粉收集器,用於捕獲傳入的花粉,還有一個秤,用於每小時記錄一次重量。研究團隊每月拜訪每個養蜂場以收集花粉樣本。他們對樣品中的DNA進行了定序,以確定每個樣品中存在哪些植物屬。 研究團隊發現,楓樹、橡樹和柳樹等樹木是春季最重要的花粉來源。在資源匱乏的夏季,紫薇、槐和刺槐成為重要的物種。在夏季和秋季,花粉樣品中占主導地位的是五葉地錦、常春藤和秋季鐵線蓮等木質藤本植物。 研究團隊指出,一般藤本植物很少會成為蜜源;或許是在都市中這類的植物常被種植在建築的外牆,使它們成為蜜蜂的另類食物來源。 這個研究讓我們知道,在都市居住的蜜蜂可以採食的花粉種類也包括了景觀植物。當然大家在經營自己的花園時,也可以查閱一下網站,找找有什麼植物可以成為 蜜源植物 ,並將這些植物列入種植清單。不過要注意的是,可不要種了入侵植物...當然入侵植物的 清單 其實在網路上也找得到。 參考文獻: Douglas B. Sponsler, Don Shump, Rodney T. Richardson, Christina M. Grozinger. Characterizing the floral resources of a North American metropolis using a honey bee foraging assay. Ecosphere, 2020; 11 (4) DOI: 10.1002/ecs2.3102