如何改造karrikin受器

 

Karrikins。圖片來源：維基百科

karrikins是一群存在於燃燒植物所產生的煙霧中的小分子化合物。過去的研究發現，它們可促進植物種子發芽，這也就是為什麼森林火災後很快會有種子發芽的原因之一。這個系列的化合物有它們自己的受器，在阿拉伯芥（Arabidopsis thaliana）中被命名為KAI1與KAI2。

獨腳金內酯。圖片來源：維基百科

獨腳金內酯（strigolactones，上圖）由植物的根部在發芽時分泌，用來召喚土壤中的共生真菌（mycorrhiza），以便讓植物一發芽就可以馬上與共生真菌形成緊密的連結。在植物，獨腳金內酯也有它的受器。特別的是，獨腳金（Striga）這種寄生植物也有獨腳金內酯的受器ShHTL，讓它可以搶先接受到植物分泌的獨腳金內酯，於是就可以馬上發芽，開始緊貼住植物的根來吸收養分。在非洲，獨腳金的寄生是嚴重的農業問題（請參考「如何消滅土裡那不受歡迎的客人」））。

蛋白質序列分析顯示，負責感應karrikins的KAI2受器，與獨腳金用來感應獨腳金內酯的ShHTL受器，有相似之處。由於這兩種賀爾蒙都屬於小分子賀爾蒙，另外這個KAI2受器還能辨認一個跟獨腳金內酯構造有點相似的小分子化合物。這些現象引起了研究團隊的興趣，想看看能不能改造karrikin受器，讓它可以辨認獨腳金內酯。

以人工突變的方式，研究團隊找到了一個KAI2受器的突變，它不僅保留了辨認karrikin的能力，還能辨認獨腳金內酯。序列分析顯示，這個突變的受器，只改變了三個胺基酸：153, 157, 190。這三個位置原來的胺基酸序列分別是色胺酸（tryptophan）、苯丙胺酸（phenylalanine）與甘胺酸（glycine）。將這三個胺基酸分別改變為白胺酸（leucine）、蘇胺酸（threonine）與蘇胺酸，所產生的突變版受器可以同時辨認karrikin與獨腳金內酯。

這個研究讓我們知道，只需要改變幾個（三個）胺基酸，就可讓植物的受器對不同的賀爾蒙產生親和力。

參考文獻：

Three mutations repurpose a plant karrikin receptor to a strigolactone receptor Amir Arellano-Saab, Michael Bunsick, Hasan Al Galib, Wenda Zhao, Stefan Schuetz, James Michael Bradley, Zhenhua Xu, Claresta Adityani, Asrinus Subha, Hayley McKay, Alexandre de Saint Germain, François-Didier Boyer, Christopher S. P. McErlean, Shigeo Toh, Peter McCourt, Peter J. Stogios, Shelley Lumba Proceedings of the National Academy of Sciences Jul 2021, 118 (30) e2103175118; DOI: 10.1073/pnas.2103175118