側根的發育與維甲酸（retinoids）

 

圖片來源：維基百科

維甲酸（retinoids）是一群結構與維生素A有關的化合物。在動物，維甲酸與細胞的分化、視力、免疫功能、抑癌基因的活化有關；但是動物無法合成維甲酸，必須由植物獲取。

許多植物都會合成維甲酸以及相關的化合物。但是植物合成維甲酸是要做什麼呢？最近的研究發現，維甲酸與植物的側根（lateral roots）形成有關。

植物在主根長出來以後，隔一段時間就會長出一條側根。已知側根在哪裡長出、何時長出，都受到調節，被稱為「側根鐘」（lateral root clock）。

為了要測試植物中是否也存在著與維甲酸結合的蛋白質，研究團隊使用了MCA（merocyanine aldehyde）。MCA的一端具有Cyanine-5 (Cy5)結構，另一頭則是類似於維甲酸的構造。當MCA與維甲酸結合蛋白結合時，Cy5這一邊就會放出螢光。

當研究團隊把阿拉伯芥（Arabidopsis thaliana）的根以10 μM的MCA處理後，在根部仍在發育的區域出現了一些螢光點；另外根尖生長點與還在分裂的細胞也出現了螢光。進一步的研究發現，這些螢光點不但與未來側根出現的地方重疊，且在側根生長點出現前五小時就可以看到螢光，顯示了維甲酸可能真的與側根的生長有關。

當研究團隊使用了抑制類胡蘿蔔素合成的化合物來處理植物根部時，由於維甲酸合成也經由同一途徑，於是螢光就大大地減少，側根的生長也受到了抑制，進一步顯示了維甲酸信號對側根合成的重要性。當研究團隊提供外來的維甲酸時，螢光再度出現，側根的生長頻率也回復了。

到底是植物的什麼蛋白質與維甲酸結合呢？研究團隊搜尋基因資料庫後發現，有個稱為TIL (AT5G58070)的基因，其序列與脊椎動物的lipocalin（維甲酸結合蛋白的一種）有相似性。進一步的分析發現，TIL出現的地方與側根出現的地方有重疊，表示TIL可能就是植物的維甲酸結合蛋白。在植物體外測試也顯示TIL的確可以與維甲酸結合。

缺少TIL的突變株，其側根的發育大大地減少，以MCA處理TIL突變株也看到螢光變得很弱，顯示了TIL的確就是透過與維甲酸結合來調節植物側根的生長。以維甲酸來處理缺少TIL的突變株，只有非常弱的反應，進一步確認了TIL在植物維甲酸信息傳遞上的角色。

所以，研究團隊發現了維甲酸對植物生長發育的角色，也找到了植物中會與維甲酸結合的蛋白質。未來可透過生物資訊的研究，找出其他植物的維甲酸結合蛋白，還可繼續研究維甲酸在植物生長發育上的角色。

參考文獻：

Alexandra J. Dickinson, Jingyuan Zhang, Michael Luciano, Guy Wachsman, Evan Sandoval, Martin Schnermann, José R. Dinneny, Philip N. Benfey. A plant lipocalin promotes retinal-mediated oscillatory lateral root initiation. Science, 2021; eabf7461 DOI: 10.1126/science.abf7461