高量表現α-胞壁擴張酶（α‐expansin）可以提升小麥產量

 

小麥。圖片來源：維基百科

禾本科（Poaceae）小麥屬（Triticum）的小麥提供了全世界人口20%的熱量。隨著世界人口漸增，增加農作物的產量也成為一個重要的課題；但是自從1960年代的綠色革命之後，對增加農作物產量的努力所得到的改進已愈來愈小，因此增加農作物產量變得越來越急迫。

胞壁擴張酶（expansin）最初是在酸生長（acid growth）現象中被發現：當生長素（auxin）分泌後，生長素作用在細胞膜上的質子通道，使質子通道活化，造成質子流向細胞壁空間（apoplast）。細胞壁空間酸化而活化胞壁擴張酶，使得胞壁擴張酶將構成細胞壁的纖維素之間形成的氫鍵鬆開，於是細胞便可藉由吸水而擴展（生長）。

植物中有許多胞壁擴張酶，分為α-胞壁擴張酶與β-胞壁擴張酶。以阿拉伯芥為例，阿拉伯芥共有26個α-胞壁擴張酶與6個β-胞壁擴張酶。這些胞壁擴張酶除了與酸生長現象有關，是否還有其他的功能呢？

由於胞壁擴張酶與細胞的生長有關，且過去研究團隊也觀察到原來表現在根部的α-胞壁擴張酶與穀粒的擴張有關。於是研究團隊想到：如果能在小麥結果的特定時期高量表現α-胞壁擴張酶，是否會提升小麥的產量？於是他們讓小麥只在結果的早期高量表現α-胞壁擴張酶，並只表現於胚乳、糊粉層與種皮。

結果發現，這樣的小麥產量真的增加了。而且，過去許多想要讓小麥穀粒變大的嘗試，經常都無法做到不讓穀粒的數目維持不變。但這個轉殖小麥穀粒變大（增大了12.3%）的同時，穀粒的數目並沒有變少。如此一來，整體小麥的產量增加了11.3%。

參考文獻：

Daniel F. Calderini et. al., 2020. Overcoming the trade‐off between grain weight and number in wheat by the ectopic expression of expansin in developing seeds leads to increased yield potential. New Phytologist. https://doi.org/10.1111/nph.17048