老葉的植物王國

  不同突變株稻米的耐熱實驗。圖片來源： Nature Communications 東亞的稻米分為秈米（ O. sativa subsp. indica ）與粳米（ O. sativa subsp. japonica ）兩大品種/品系。一般來說是南秈北粳，大約以長江為界。台灣日治時代以前也以栽培秈稻（在來米）為主，但在日治時代時受到日人影響，目前以粳稻為主。 過去的研究知道秈稻比粳稻要耐熱，這也是為什麼南方以栽培秈稻為主；也有一些研究發現粳稻有耐冷基因。最近的研究發現，稻米中的 SLG1 （slender guy 1）基因與耐熱性有關。 SLG1有什麼功能呢？這個基因負責將tRNA （transfer RNA，轉運RNA，在轉譯作用中負責將胺基酸運送到正在合成的肽鏈上）的第二個反密碼修飾，而且只負責修飾U。也就是說，如離胺酸的基因密碼是AAA，在tRNA上就是UUU，而第二個U就會被SLG1蛋白給修飾。 過去在酵母菌、線蟲以及人類都看到，如果tRNA的第二個反密碼修飾（稱為tRNA 2-thiolation，tRNA的硫化）出問題，會影響到生物的耐熱性，甚至會造成疾病。在酵母菌的tRNA的第二個反密碼修飾出問題，會使酵母菌出芽能力和繁殖速度都出問題；在線蟲的tRNA的第二個反密碼修飾出問題，會使線蟲變得對溫度敏感。 在稻米呢？ slg1 突變株的米粒變長、植株變得細長、根系出現缺失。對照酵母菌與線蟲的研究，研究團隊決定看看 slg1 突變株的耐熱性是否有問題。 結果發現， slg1 突變株在攝氏45度下處理44小時後，有84%都死了，但野生種有九成存活；而過度表現 SLG1 的稻米則高溫處理後存活率高於野生種。 由於 SLG1 基因產生的蛋白質必須要跟另一個蛋白質（稱為CTU1）組成複合體後，才能去修飾tRNA的第二個反密碼，於是研究團隊找到了稻米的CTU1（稱為RCTU1），並進一步觀察這個基因產生缺失是否也有耐熱的問題。 結果發現，少了 RCTU1 的稻米，在高溫處理後只有36.5%存活；若少了 RCTU1 與 SLG1 ，則在高溫處理後只有5%存活。少了 SLG1 的稻米其存活率介於這兩者之間。 偵測這些植株中tRNA修飾（硫化）的含量也發現，少了 SLG1 基因的稻米，其tRNA修飾的程度比野生種要少得多。 研究團隊分析秈稻與粳稻的 ...

  農桿菌。圖片來源： 維基百科 農桿菌（ Agrobacterium tumefaciens ）原本是植物的病原菌，藉由將位於自己的Ti質體（Ti plasmid）一段DNA（稱為T-DNA）插入植物的基因體，來指揮植物合成它喜歡吃的食物 opines 。由於這一段DNA裡面含有合成生長素（auxin）與細胞分裂素（cytokinin）的基因，使得受感染的植物組織加速分裂，產生所謂的冠瘤（crown gall tumor）。人類在研究農桿菌致病的機制時發現，農桿菌並不在意自己的T-DNA裡面是什麼，只會忠實地把整段T-DNA轉入到植物的基因體中，因而發明了農桿菌轉殖系統（詳見「 從前從前有一隻農桿菌 」）。 農桿菌將基因轉入植物的過程，總共可以分為六個步驟： 1. 辨認宿主細胞 2. 農桿菌 vir 基因組活化 3. 農桿菌產生T-DNA 4. T-DNA運入植物細胞 5. T-DNA運入植物細胞核 6. T-DNA嵌入植物基因體 其中第六個步驟牽涉到所謂的非同源性末端接合（NHEJ，Non-homologous end joining）。NHEJ是什麼呢？簡單來說就是直接把一段DNA接到斷裂的DNA末端，不去管到底這段DNA是否與這個生物體原來的DNA有沒有相似。 過去的一些研究認為，農桿菌應該是利用NHEJ這個機制，把自己的T-DNA插入植物的基因體；而DNA聚合酶θ（DNA polymerase θ）被認為與執行這個機制有關。 最近日本的研究團隊把阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）與稻米的DNA聚合酶θ給剔除，看看這樣的突變株會不會無法被農桿菌轉殖。結果發現，剔除了DNA聚合酶θ的植物仍然可以被農桿菌轉殖，不過轉殖的效率只有野生種的20%。分析了農桿菌T-DNA與植物的基因體的連接點發現，兩種生物DNA的連接點與野生種並沒有什麼不同。因此，研究團隊認為DNA聚合酶θ對於農桿菌插入DNA到植物的這個過程並不是必須的。但是筆者認為，缺少了DNA聚合酶θ轉殖效率下降到只有兩成，所以說缺少了DNA聚合酶θ還是不小的影響呢。 參考文獻： Ayako Nishizawa‐Yokoi et. al., 2020. Agrobacterium T‐DNA integration in somatic cells d...

  地錢。圖片來源： 維基百科 上次介紹過ACC（1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid，1-氨基環丙烷-1-羧酸）可能與乙烯在植物中有 不同的功能 。最近在地錢（ Marchantia polymorpha ）中的研究，進一步證實了它們的確是不同功能的植物賀爾蒙。 為什麼研究團隊會想要用地錢做研究材料呢？原來只有種子植物才有能把ACC轉化為乙烯的ACC 氧化酶（ACC oxidase）。因此，研究團隊認為，若要研究ACC的功能，地錢可能是比種子植物更好的研究材料（版主按：至少不用作六個基因甚至八個基因的突變株，會比較輕鬆愉快一些）。 研究結果發現，乙烯可使地錢的植物體與孢芽（gemma）變大、產生更多孢芽杯（gemma cup），但也會引發孢芽休眠。剔除 Ctr1 基因的地錢（Mp ctr1 -KO）呈現持續性的乙烯反應，而剔除乙烯受器基因 Ein3 的地錢（Mp ein3 -KO）則對乙烯沒有反應。另外，剔除 Ctr1 基因的地錢其孢芽的表皮細胞較多也較大，但剔除乙烯受器基因 Ein3 的地錢其孢芽的表皮細胞較少也較小，顯示了乙烯對於孢芽的生長發育有刺激的效果。 相對的，ACC卻會透過抑制細胞分裂來抑制孢芽生長與發育。這個現象即使在剔除乙烯受器基因 Ein3 的突變株中也可觀察到。 地錢有兩個ACC合成酶（ACC synthase）。ACC合成酶負責將S-腺苷甲硫氨酸（S-Adenosyl methionine ，AdoMet， SAM）轉化為ACC。研究團隊發現，在地錢中剔除一個或兩個ACC合成酶（Mp acs2 與Mp acs1 Mp acs2 ）會讓地錢的孢芽杯變大，葉狀體（thallus）也會產生更多分支，同時出現不正常生長的頻率也大幅提高。 從這些結果可以看到，ACC與乙烯在地錢中的確有不同的功能。對照兩個多月之前在種子植物中的發現，或許是時候讓我們把ACC當作是一個不同的賀爾蒙了。 參考文獻： Li, D., Flores-Sandoval, E., Ahtesham, U. et al. Ethylene-independent functions of the ethylene precursor ACC in Marchantia polymorpha. Nat. Plants (2020)...

  光敏素的黑暗回復。圖片來源：老葉 植物感熱的機制是什麼呢？在 2016年的兩篇研究 已經讓大家知道，植物透過光敏素B（phytochrome B）來感應外界的溫度以調節生長。紅光可使光敏素B由Pr構形轉為活化的Pfr構形，接著就會進入細胞核中；但是在較高的溫度下，活化態的光敏素B會較快回復成不具有活性的Pr構形。這個過程稱為感熱回復（thermal reversion）。 最近的研究發現，另一個基因PCH1（photoperiodic control of hypocotyl 1）對光敏素B的溫度穩定性也有影響。PCH1可穩定Pfr構形的光敏素B，如此一來植物在夜間的生長速度就會慢下來；但夜間的溫度如果持續保持溫暖時，PCH1本身的表現量與穩定性都下降了。少了這個穩定光敏素B的蛋白質，光敏素B便會更容易回復到Pr構形，於是植物在夜間的生長速度就變快了。 這些研究都發現溫度可以影響當天晚上植物的生長，但研究團隊發現溫度還可以影響到隔天天明後植物的生長速度！ 研究團隊發現，如果在夜晚剛開始時還是溫暖的，這時候細胞核中的光敏素B反而變多，造成隔天天明後植物的生長變慢；但若在夜晚剛開始時以紅外光處理植物（這會使得大部分的光敏素B都回復到Pr構形），則隔天天明後植物的生長速度會提高。可是這些現象在缺少光敏素B的突變株中都沒有觀察到。 這些觀察讓研究團隊意識到：PCH1與光敏素B之間的互動，比原來想像的要複雜得多。究竟它們之間是怎麼一回事，就需要後續的更多研究了。 近年來的氣候變遷，對全球的影響之一其實就是夜間的高溫；從這篇研究可以看到，夜間高溫反而會使得隔天植物的生長變慢（雖然當天晚上的生長變快），這樣會對植物的生長發育造成如何的影響呢？ 參考文獻： Germán Murcia et. al., 2020. Phytochrome B and PCH1 protein dynamics store night temperature information. The Plant J. https://doi.org/10.1111/tpj.15034

  V. nigrum . , 非當事植物。圖片來源： 維基百科 駝峰藤（ Vincetoxicum hainanense ）為白前屬植物，目前是中國國家II級珍稀瀕危保護植物。為了保存這個植物，最近中國的研究團隊試圖瞭解到底它在野外的繁殖是否需要生物媒介。 由於這種植物是夜間開花的，且花細小又呈淡綠色，到底是什麼生物會負責幫它傳粉呢？研究團隊發現這種植物雖然不會自花授粉，但並不存在著自體不相容的問題。觀察發現，甲蟲、蒼蠅、螞蟻與蟋蟀都會去拜訪它的花，但以雙紋姬蠊（ Blattella bisignata ）為最有效的授粉者。 雖然其他白前屬植物的授粉者為蒼蠅、蛾與黃蜂，但駝峰藤就是發展出了不一樣的合作夥伴--日本姬鐮。除了日本姬鐮，螞蟻與步行蟲科的甲蟲也會幫它授粉。 過去的發現知道，討人厭的蟑螂其實會幫十一種植物授粉：加上駝峰藤就共有十二種了。這些植物之間是否有什麼共通性，似乎也不大容易找到，當然蟑螂也有四千一百多種，大小也相差很多，所以要歸類大約也不是很容易的一件事。 參考文獻： Wujian Xiong et. al., 2020. Specialized cockroach pollination in the rare and endangered plant Vincetoxicum hainanense in China. American Journal of Botany. https://doi.org/10.1002/ajb2.1545

  鉀。圖片來源： 維基百科 。 屬於鹼金族的鉀（potassium，元素符號K），因為最早來自植物的灰燼，所以名稱也源自於植物的灰（拉丁語： kalium ）。鉀的原子序號為19，在生物體中為必需元素。植物對鉀的需求相當大，它是多種酵素的輔因子（cofactor），不論是光合作用（photosynthesis）、呼吸作用（cellular respiration）、澱粉與蛋白質的合成的酵素都需要鉀。另外鉀也是重要的滲透調節者，氣孔保衛細胞的開閉也需要鉀離子。缺鉀的植物會先在老葉葉緣出現壞死組織斑點，而單子葉植物壞死症狀會先出現在葉片尖端；莖會變短、弱化，根腐真菌之感染性增加造成植物容易倒伏。 最近浙江大學的研究發現，植物的氮運輸蛋白 NRT1.1與鉀離子的吸收有關。NRT1.1負責運輸硝酸根（NO 3- ），但是當研究團隊把NRT1.1給剔除後，缺少NRT1.1的阿拉伯芥在缺鉀的環境中卻也長得不好。觀察發現，缺少NRT1.1的突變株吸收鉀以及將鉀運送到莖葉的能力變差了，使得當環境中鉀離子的濃度下降時，植物便長得不好、甚至會出現生長停滯的狀況。這個現象可以藉由將NRT1.1於根中表現出來而得到緩解。 進一步分析發現，NRT1.1與鉀離子的運輸通道之間有互動，且這個互動也需要另一個運輸氫離子與硝酸根離子的蛋白質（H + /NO 3- symport）。總而言之，NRT1.1這個硝酸根運輸蛋白在根部表皮皮層以及中央維管束的表現與鉀離子運輸蛋白有關，透過它們之間的互動，植物可以吸收鉀離子並將其運往莖葉等部位。 參考文獻： Hopkins and Huner. Introduction to Plant Physiology. 3rd ed. John Wiley & Sons, Inc. Xian Zhi Fang et. al., 2020. The K+ and NO3- interaction mediated by NITRATE TRANSPORTER 1.1 ensures better plant growth under K+-limiting conditions. The Plant Physiology. DOI: https://doi.org/10.1104/pp.20.01229

  鋁。圖片來源： 維基百科 。 屬於硼族元素的鋁（Aluminium），化學符號是Al，原子序數是13。根據維基百科的資料，鋁是較軟且易延展的銀白色金屬，也是地殼中第三大豐度的元素（僅次於氧和矽），也是豐度最大的金屬，在地球的固體表面中占約8%的質量。儘管鋁在環境中廣泛存在，但沒有一種已知生命形式需要鋁元素。雖然鋁在pH值中性土壤中難溶並且對植物一般是無害的，但它在酸性土壤中是減緩植物生長的首要因素。在酸性土壤中，Al 3+ 陽離子濃度會升高，並影響植物的根部生長和功能。 由於鋁元素在地殼中的含量居金屬首位（占地殼總量的8.3 %），而酸性土壤又佔世界耕地的30%，所以鋁污染便成為不可等閒視之的一種現象。最近中國的研究發現，阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）耐鋁的機制與SUMO蛋白（ S mall U biquitin-like Mo difier，小分子類泛素蛋白，當它連結在特定蛋白質上面時，可使該蛋白質被分解）有關。 研究團隊發現一個抗鋁的突變株 esd4 。深入研究這個突變株發現，原來ESD4蛋白是一個去SUMO酵素，它會維持一個稱為STOP1的蛋白質在沒有SUMO化的狀態。沒有SUMO化的STOP1就不會讓AtALMT1的表現量上升，於是植物對鋁就呈現敏感的狀態。 當ESD4不存在的時候（即突變株 esd4 ），由於沒有蛋白質去維持STOP1去SUMO化，SUMO化的STOP1便會與AtALMT1運輸蛋白的啟動子結合，使AtALMT1的表現量上升；接著AtALMT1便會藉由排出蘋果酸（malate）來使植物耐鋁的能力上升。除了AtALMT1，STOP1還會調節其他的抗鋁蛋白表現量上升。 參考文獻： Qiu Fang et. al., 2020. Regulation of Aluminum Resistance in Arabidopsis Involves the SUMOylation of the Zinc Finger Transcription Factor STOP1. The Plant Cell. DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.20.00687 PNAS June 20, 2006 103 (25) 9738-9743; https://doi.org/10.1073/pn...

  掛滿菟絲子的植物。圖片來源： 維基百科 。 菟絲子（ Cuscuta 屬，俗稱dodder）是一種寄生植物，沒有根、完全或幾乎沒有葉片，也沒有葉綠體，植株以吸器（haustorium）侵入寄主植物的韌皮部吸取養分。菟絲子不只會侵害樹木，農作物如白花芥、玉米、亞麻等也都會被它侵害。 雖然大部分的植物似乎都只能無奈地被它寄生，但有些品系的番茄似乎有辦法對抗它們。由不同國家的科學家們組成的研究團隊發現，有些番茄具有能辨認菟絲子的受器（稱為菟絲子受器1，Cuscuta receptor 1 [CuRe1]），能辨認出菟絲子，並啟動防禦措施。但是究竟CuRe1是如何辨認出菟絲子的？直到最近才答案揭曉。 最近研究團隊發現，原來CuRe1能辨認出一個位於菟絲子細胞壁上的蛋白質。這個蛋白質有116個胺基酸那麼長，但其中超過四分之一（30個）胺基酸是甘胺酸（glycine），所以被稱為「富甘胺酸蛋白」（GRP，glycine-rich protein）。番茄藉著辨認這個蛋白質來發覺自己即將被菟絲子入侵，從而啟動防禦措施。 未來或許藉由深入研究這個受器，進而改良其他作物，讓它們也能抵禦菟絲子的寄生。 參考文獻： Volker Hegenauer, Peter Slaby, Max Körner, Julien-Alexander Bruckmüller, Ronja Burggraf, Isabell Albert, Bettina Kaiser, Birgit Löffelhardt, Irina Droste-Borel, Jan Sklenar, Frank L. H. Menke, Boris Maček, Aashish Ranjan, Neelima Sinha, Thorsten Nürnberger, Georg Felix, Kirsten Krause, Mark Stahl, Markus Albert. The tomato receptor CuRe1 senses a cell wall protein to identify Cuscuta as a pathogen. Nature Communications, 2020; 11 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-19147-4

  菩提樹（ Ficus religiosa ）的葉脈。圖片來源： 維基百科 原產於印度、桑科榕屬的菩提樹（ Ficus religiosa ）是佛教的聖樹。由於歷史記載中，釋迦牟尼在一株菩提樹下悟道成佛，所以許多佛教的寺廟都種植菩提樹。 不過如果大家曾以菩提樹的樹葉製作過葉脈書籤就知道，菩提樹也非常適合用來製作葉脈書籤。因為有細密的葉脈，所以以菩提樹製作葉脈書籤，看起來特別的優雅。 最近芬蘭的坦佩雷大學（Tampere University）的研究團隊，以菩提樹的葉片（葉脈）來製作加熱墊。他們把奈米銀線附著在菩提樹的葉脈上，再以生物可分解的透明薄膜將整個構造包覆起來。 這樣製作出來的加熱墊有許多好處。首先，因為整個構造是透明的，使用者可從觀察皮膚發紅的程度知道加熱墊的熱度是否需要調整。有些老人在使用加熱墊時，因為皮膚感覺不夠敏感、加上加熱墊本身不透明，於是就造成燙傷；這時候如果老人家本身就因為糖尿病造成皮膚傷口不容易癒合，就會產生許多後續的護理問題。有透明的加熱墊，方便照護者從觀察皮膚發紅的程度瞭解到熱度是否偏高，從而進行必要的調整。 其次，因為整個構造都是生物可分解的，所以等不堪使用後可以直接拋棄，不需要特別去回收處理它。 第三，因為菩提樹葉脈的分布均勻細密，所以也不用擔心會出現加熱不均勻的問題。另外葉脈可以彎曲，所以也可以很服貼地貼合在皮膚上。 這麼美麗優雅又環保的加熱墊，希望未來能夠成功量產上市囉。  參考文獻： Vipul Sharma, Anastasia Koivikko, Kyriacos Yiannacou, Kimmo Lahtonen, Veikko Sariola. Flexible biodegradable transparent heaters based on fractal-like leaf skeletons. npj Flexible Electronics, 2020; 4 (1) DOI: 10.1038/s41528-020-00091-8

  細葉榕（ Ficus microcarpa ）。圖片來源： 維基百科 最近由中國、台灣與美國組成的研究團隊，定序了細葉榕（ Ficus microcarpa ）、對葉榕（ Ficus hispida ）與正榕小蜂（ Eupristina verticillata ，榕樹的授粉者），發現了一些有趣的事情。 細葉榕與對葉榕在東亞都是常見的種類，但細葉榕有氣根，對葉榕沒有。 定序的結果發現，細葉榕的基因體多了27%的重複序列，這是對葉榕沒有的。這些重複的序列有許多與生長素（auxin）的合成有關的基因，另外還有與植物免疫、營養以及合成吸引授粉者的揮發性化合物有關的基因。另外，科學家還發現細葉榕的重複序列中帶有一個光受器的基因，而這個光受器在感光後會刺激生長素的合成。 由於細葉榕的氣根中生長素的濃度是沒有氣根的部位的五倍，所以研究團隊認為生長素的合成可能與氣根的形成有關。 研究正榕小蜂的基因體也發現，正榕小蜂的基因體中帶有可以偵測這兩種榕屬植物所產生的揮發性物質的嗅覺受器。 另外還有一個有意思的發現是，研究團隊在雌雄異株的這兩種榕屬植物中找到了由Y染色體攜帶的、只在雄株中表現的基因。這個基因在雌雄異株的榕屬植物中有三份，但在雌雄同株的榕屬植物中卻只有一份，顯示了這個基因可能跟決定榕樹的性別有關。 參考文獻： Xingtan Zhang et al. Genomes of the Banyan Tree and Pollinator Wasp Provide Insights into Fig-Wasp Coevolution. Cell, published online October 8, 2020; doi: 10.1016/j.cell.2020.09.043

  （影片來源： The New York Times ） 多年來，捕蠅草（ Dionaea muscipula ）為何能捕蟲、以及捕蟲時如何區別落在它的葉片中的物體的確是蟲而不是落葉或雨滴，讓科學家們非常感興趣。過去的研究知道，物體要在30秒內碰觸捕蠅草的感覺毛兩次，捕蠅草才會迅速地閉合並開始分泌消化液（詳見「 會數數的捕蠅草 」）。 但是，到底是什麼信號幫助它記住它在30秒內被碰了兩次？最近的一項研究發現，是鈣離子。 研究團隊將一個鈣離子感應蛋白轉入捕蠅草。這個鈣離子感應蛋白，在感應到鈣離子時會發出螢光。 要把基因轉入捕蠅草並不容易。研究團隊花了兩年半的功夫，終於發現要在黑暗中養殖捕蠅草，然後才能成功地以農桿菌（ Agrobacterium ）完成轉殖。 接下來的觀察發現，第一次碰觸時葉片有鈣離子的流入細胞質，而第二次的碰觸使得這個流動的規模變大、濃度提高，接著葉片就迅速閉合了。 與受傷所引起的鈣離子流動相比，捕蠅草因為被碰觸所引發的鈣離子流入，在速度上快了10倍。另外是第一次碰觸後，如果不再碰觸，細胞內的鈣離子濃度就會慢慢降低（鈣離子慢慢流出細胞），等超過30秒時，即使再有第二次刺激，所引發的鈣離子流入也無法造成葉片的閉合了。 捕蠅草的變形葉。圖片來源： 維基百科 參考文獻： Suda, H., Mano, H., Toyota, M. et al. Calcium dynamics during trap closure visualized in transgenic Venus flytrap. Nat. Plants 6, 1219–1224 (2020). https://doi.org/10.1038/s41477-020-00773-1

  圖片來源： 維基百科 很少人不愛草莓（ Fragaria × ananassa ）那紅豔欲滴的果實與酸中帶甜的滋味。草莓果實的紅色來自花青素（anthocyanin），但是是什麼基因控制花青素在哪裡合成，過去一直不是很清楚。近年來也有所謂的白草莓出現在市場上，但是究竟是什麼基因控制草莓果實的顏色，直到最近幾個不同研究團隊的成果發表，才逐漸為人所知。 2014年的研究發現，草莓的果實顏色受到一群轉錄因子（transcription factor）控制，而這些轉錄因子又受到一個稱為MYB10的R2R3轉錄因子的調節。當這個基因的表現被抑制時，果實就變成白色；若研究團隊以人工的方法將這個基因過度表現時，草莓不僅外表變紅，連果肉也變紅了。 由於不同的研究方法都指向這個MYB10基因是主要調節果實呈色的基因，未來可以利用CRISPR（基因編輯）來改造這個基因，使草莓果實的顏色改變。 參考文獻： Jennifer A Lockhart. 2020. Ripe for the Picking: Finding the Gene Behind Variation in Strawberry Fruit Color. The Plant Cell.

  裂瓜葉片形成的特殊構造。圖片來源： Shoko Sakai 裂瓜（ Schizopepon bryoniifolius ）分布於東亞，常見於森林的邊緣。最近，一位日本的生態解說志工發現，裂瓜的葉片會形成特殊的構造，包覆住正在成長中的果實。 這個包覆構造讓裡面的溫度上升了攝氏4.6度。移除包覆葉片會造成果實的發育變差。 雖然目前還不明白究竟形成包覆構造的原因是什麼，但研究團隊觀察到在比較冷的位置所形成的包覆葉片會比較厚。由於裂瓜結果的時間在晚秋，或許這樣的結構是為了幫成長中的果實保暖。 農夫們為了不同的原因會幫成長中的果實套袋，或許也可以把裂瓜的這種構造視為一種「天然套袋」吧？！ 參考文獻： Nobuyuki Nagaoka, Shoji Naoe, Yu Takano-Masuya and Shoko Sakai. 2020. Green greenhouse: leaf enclosure for fruit development of an androdioecious vine, Schizopepon bryoniifolius . https://doi.org/10.1098/rspb.2020.1718

黃沙馬鞭草 ( Abronia latifolia )。圖片來源： Wikipedia 去海邊玩的時候，有沒有注意過海濱植物的葉子上面常常有沙子？大家大概都會覺得，在多沙的地方，風把沙子吹到植物上黏住下不來，應該算是自然現象，沒什麼好大驚小怪的。 或許是吧！但是有些科學家們還是注意到這件事了。畢竟在海邊或是在沙漠裡，因為砂質土壤能留住的水分不多，使得這些地區的植物相對稀少；而這些地方當然也會有草食動物出沒，這些植物是否會「因地制宜」發展出一些不一樣的手段，來避免自己被吃掉呢？ 不管是沙漠或是海邊，最多的大概就是沙子了。或許植物讓自己可以黏住一些沙子（稱為psammophory，psamm(o)-是「沙子」、phor-是「攜帶」）是一種有用的策略？只要有不小心吃過菜餚裡的沙子的經驗，應該會覺得很難受吧！沙子很硬，咬到的時候會給牙齒與牙床帶來一陣震動、甚至刺痛，那種不舒服的感覺至少會延續個幾分鐘。 而且不是只有人類會覺得咬到沙子很難受喔！一份1990年的研究就發現，鼴鼠在吃蚯蚓之前，會把蚯蚓腸子裡的沙子像擠牙膏一樣的擠出來。因此，科學家們就很好奇，究竟植物身上蓋了沙子，是不是真的可以防止它們被吃掉？畢竟有沙粒的存在，也會妨礙光合作用；所以若黏上沙子沒有其他好處，這幾十萬、幾百萬年來，生活在這些地區的植物應該會發展出一些防止沙子黏附的策略吧？ 過去科學家們關於「含沙植物」到底為什麼要含沙，主要有兩種看法。第一種是認為蓋上沙子可以讓自己變得很「難」吃；第二種則是認為沙子是一種保護色，可以讓草食動物看不到它們。 加大戴維斯分校的研究團隊，為了想要瞭解到底「含沙植物」到底為什麼要含沙，便設計了以下的實驗。他們以保留區內的黃沙馬鞭草為實驗材料，這種植物在該保留區中很多，整個植物體都覆蓋著一層細細的葉毛，通常接近地表的莖、葉、葉柄都蓋滿了沙子，在接近頂芽的部位會有較少的沙子。 首先，研究團隊小心地挑選了三十個地點。這些地點所在的黃沙馬鞭草，其中一部份莖葉上的沙子小心地以刷子與濕海綿移除；接下來兩個月觀察被採食的情形。 結果發現：移去沙子的黃沙馬鞭草，被採食的狀況提高了一倍！接著研究團隊便想要進一步測試「保護色」理論。於是這次他們除了除去沙子的一組外，又加入了另一組：以綠色沙子覆蓋植物。如果植物被沙子覆蓋可以降低被採食是因為保護色的話，那麼加上綠色...

  煙草粉蝨。圖片來源： 維基百科 煙草粉蝨（silverleaf whitefly， Bemisia tabaci ），也稱為銀葉粉蝨，是很常見也很重要的害蟲。牠對於許多農藥都有抗性。根據維基百科，煙草粉蝨有大約24種，但從型態上很難區別。煙草粉蝨被列為世界百大入侵種之一，本身以吸食植物篩管的汁液維生，造成葉片上出現壞死斑點，同時也會在葉片上留下分泌物（honeydew）、引發黴菌感染，多種病毒也以牠為媒介。 十字花科（如白菜、高麗菜等）的植物都會合成所謂的「芥末油炸彈」--它們在植物受到傷害時，會因為接觸到水解酶而被分解為異硫氰酸酯（isothiocyanate）。異硫氰酸酯對大部分的昆蟲都具有毒性，但煙草粉蝨卻一點也不怕它。 最近普朗克研究所的研究團隊發現了為什麼煙草粉蝨不怕「芥末油炸彈」的原因。 圖片來源： Nature Chem. Biol . 原本植物合成的「芥末油炸彈」內含的前毒素（稱為protoxin，如上圖）在植物受傷（如被啃咬或刺破）時，前毒素會被水解酶分解切掉葡萄糖（Glc），產生具有毒性的異硫氰酸酯；但煙草粉蝨卻具有兩個屬於糖苷水解酶家族的酵素，可以將前毒素加上更多的葡萄糖。被加上更多葡萄糖的前毒素無法被植物本身的水解酶辨識，所以就不會被分解，於是就不會產生異硫氰酸酯了。 過去有 研究 發現，煙草粉蝨在感染植物時，會讓植物釋放出錯誤的信息，使附近的植物啟動錯誤的防禦途徑（應該要啟動茉莉酸途徑，卻啟動了水楊酸途徑），同時也抑制了正確的防禦途徑，讓植物們反而變得更容易被煙草粉蝨感染。這篇研究進一步發現，牠還可以抑制十字花科的防禦系統...到底有什麼是牠不會的？ 參考文獻： Osnat Malka et. al., 2020. Glucosylation prevents plant defense activation in phloem-feeding insects . Nature Chemical Biology.

  圖片來源： 維基百科 是否曾觀察到，有些植物的葉片邊緣在清晨的時候會出現小小的露珠狀液體呢？這些露珠狀的液滴並不是露水喔！它們是從植物的導管（xylem）與篩管（phloem）分泌出來的泌液。 過去對這些泌液瞭解得並不多，最有名的泌液可能是來自於梣樹（ Fraxinus ornus ）。梣樹的泌液含有大量的甘露醇（mannitol），被認為就是聖經裡面解決了出埃及猶太人糧食問題的嗎哪（Manna），所以梣樹又名嗎哪樹。 最近一個由國際研究團隊所完成的研究卻發現，或許梣樹的泌液是人類的嗎哪，但其他植物的泌液對昆蟲的重要性也只多不少。 研究團隊選擇了藍莓（ Vaccinium corymbosum ）作為實驗模式，觀察斑翅果蠅（ Drosophila suzukii ）、阿爾蚜繭蜂（ Aphidius ervi Haliday，一種寄生蜂）與一種草蛉（ Chrysoperla rufilabris (Burmeister)，為掠食者）與植物的互動。這三種昆蟲都是藍莓上常見的昆蟲。 首先先分析泌液的營養成分。研究團隊發現，每毫升泌液中含有約1.5克的糖與4.3毫克的蛋白質。接著，他們開始觀察那三種昆蟲。觀察的結果發現，每天食用泌液的昆蟲，與控制組（只喝水或只喝含有蛋白質或糖類的水）牠們產卵數比較多、活得也比較久。 泌液是否會吸引來更多的昆蟲呢？而這些昆蟲是否對植物有益？研究團隊分析發現，有泌液的植物的確可以吸引來更多不同種類的昆蟲，而這些昆蟲很多都可以幫助植物捕捉對它們有害的昆蟲。所以，泌液的確可以吸引來更多對植物有益的昆蟲。 從這個研究可以發現，植物的泌液作用，與過去所想得不同：它並不只是讓植物可以排出過多的水分的一種手段，植物還會利用泌液來召喚不同種類的昆蟲，協助植物保持健康的狀態。 參考文獻： Urbaneja-Bernat Pablo et al. 2020. Plant guttation provides nutrient-rich food for insects. Proc. R. Soc. B 287 (1935): 20201080; doi: 10.1098/rspb.2020.1080 圖片來源： 維基百科

  棉花的根。圖片來源： 維基百科 。 已知植物的根在土壤中與許多不同的細菌與真菌共同生存，它們構成了一個互通有無的生態系。近年來對於植物與這些細菌、真菌之間的研究極多，且許多是針對共生真菌（arbuscular mycorrhiza）；相對的，細菌與植物根之間的關係似乎受到忽略了。 最近美國的研究團隊，以阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）為模式生物，將阿拉伯芥的幼苗種植在無菌的培養基中，再接種由185種不同細菌組合而成的菌群，於不同的溫度、鹽度等環境下，偵測植物的生長反應後發現，食噬菌屬（ Variovorax ）的細菌對植物根的發育很重要。 進一步的測試發現，這一屬的細菌會分解生長素（auxin）。由於植物的根對生長素非常敏感，稍微高一點即會對根部的生長造成抑制，所以分解生長素的確可以促進根部發育。研究團隊進一步在所有的食噬菌屬細菌中找到了分解生長素的基因組。 能促進根的生長，當然就能夠讓植物擴大吸收水分與礦物質的範圍，如此一來植物就可以站得更穩、長得更好。 參考文獻： Finkel, O.M., Salas-González, I., Castrillo, G. et al. A single bacterial genus maintains root growth in a complex microbiome. Nature (2020). https://doi.org/10.1038/s41586-020-2778-7