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目前顯示的是 9月, 2021的文章

為什麼討厭花椰菜(cauliflower)

  圖片來源: 維基百科 對於討厭花菜家族的人來說,花椰菜(cauliflower)與青花菜(broccoli)有個特殊的氣味,讓人無法忍受。當然,對喜歡它們的人來說,這氣味應該是沒什麼啦!至少對我來說是這樣的。 到底花菜家族的蔬菜,是什麼氣味令人討厭呢?最近的研究發現了花菜中令人討厭的氣味是什麼,而且這些化合物在遇到唾液後,還會被轉為其他的(也很討人厭的)化合物。 首先,研究團隊們將花椰菜以氣相層析分析後,再讓98對親子(小朋友的年齡介於6至8歲)聞聞看分析出來的不同的氣味。結果發現,在所有的化合物中,最令人討厭的是由S-甲基-l-半胱氨酸亞砜(S-Methyl-l-cysteine sulfoxide)轉化而成的二甲基三硫(DMTS,Dimethyl trisulfide)。 接著,研究團隊把花椰菜粉末與唾液混和,再分析所產生的揮發性化合物,看看親子們的唾液在遇到花椰菜之後會產生什麼化合物。結果發現,親子之間所產生的化合物光譜有高度的相關性,顯示了可能是口腔中的菌相影響到化合物如何被轉化。產生較多的DMTS等含硫化合物的孩子,也比較討厭吃花椰菜;但父母可能是已經比較習慣花椰菜的氣味,所以並未呈現這麼強烈的反應。 二甲基三硫有個腐爛與硫磺的氣味,大約只要1 PPT(parts per trillion)就可以聞到。 因為家人間會有相似的菌相,所以這結果也顯示了為何一家人之間的口味常有相似之處。 參考文獻: Damian Frank et al. In-Mouth Volatile Production from Brassica Vegetables (Cauliflower) and Associations with Liking in an Adult/Child Cohort. J. Agric. Food Chem, published online September 22, 2021; doi: 10.1021/acs.jafc.1c03889

當「世界上最古老的花」成為測驗題

因為近年來「閱讀素養」成為熱門考題,常在網路上寫科普文的敝人在下我,偶而也會收到出版社希望能用我的科普文來當作他們的題庫。 我大部分的時候都會說好,但我比較困擾的事情是,他們用了我的文章,但出的題目並不會給我看。雖然我曾提出要求,希望他們可以把出版品寄一份給我,但是出版社好像記性都不大好,所以我到昨天(2021/9/28)一份也沒收到。 不過,就在今天我收到了一份,用的是我在2015年寫的「 世界上最古老的花 」: 科學家最近發現,一百多年前在西班牙的庇里牛斯山(Pyrenees)發現的水生植物 Montsechia vidalii 的花才是最古老的。 過去這種植物未曾被仔細檢驗過。因此,它曾被歸類為地錢、木賊、針葉樹等植物。這次,為了仔細檢驗這種植物的化石,科學家們花了整整六年的功夫--因為它埋在石灰石裡。為了能夠仔細地檢查它的結構,科學家們非常小心地一滴一滴的滴上鹽酸,將它從石灰石中溶解出來以後,再以舒爾茨試劑(Schulze reagent):先以硝酸與氯酸鉀處理後,再以稀氨水的水浴浸泡去除角質層以利觀察。 Montsechia vidalii 的角質薄而氣孔少,生存在白堊紀(Cretaceous period)的淡水淺湖裡。 Montsechia 在型態上與金魚藻屬的植物(coontail, Ceratophyllum )很類似,雌花的頂端有孔,珠柄的位置顯示了種子(胚珠)是倒置的。雄花的花粉應該是以水為媒介帶到雌花頂端的孔後,才能完成傳宗接代的大事。 雖然近代只有小於百分之五的水生種子植物依靠水為媒介傳粉,但在一億三千萬年前,那時候昆蟲還不是傳粉的主要媒介生物;因此原始的種子植物以水傳粉也是非常合理的。 在槇原敬之的「世界上唯一的花」裡面的最後一段提到: 無論大花或小花 都不是相同之物 無法成為No.1也好 原本就是最特別的Only one 這世界上最古老的花,或許在當時也是唯一的花吧!儘管沒有花瓣、又小又不起眼,但它的確是最特別的only one,因為現在我們看到的、許許多多的開花植物,大概都是從它開始的喔! 然後底下出了兩題測驗題。讓我有點困擾的是第一題測驗題: 閱讀本文,請推測長時間將Montsechia vidalii歸類為地錢、木賊、針葉樹等植物的原因是(A)生長於山上(B)植物角質薄而氣孔少(C)因長期被埋在石灰石裡(D

最有效的天然驅蚊劑(mosquito repellent)

  1 R -(+)- cis -PMD的合成(左)。圖片來源: C&EN 世界上最致命的生物不是鯊魚、也不是老虎獅子,而是蚊子。每年有超過一百萬人死於蚊子傳播的疾病,包括瘧疾、登革熱、黃熱病等。但是要消滅所有的蚊子是不可能的事,所以防蚊就變得很重要。 美國的疾病管制與預防署(CDC)有個 推薦使用防蚊化合物的清單 ,裡面推薦的五種物質連孕婦都可以使用,其中有兩種是天然的:檸檬桉精油與PMD( p -menthane-3,8-diol, p -薄荷烷-3,8-二醇)。PMD其實也來自檸檬桉精油,但是PMD總共有四種化學構形。 過去這四種化學構形的PMD被發現對驅趕甘比亞瘧蚊( Anopheles gambiae )的效果差不多,但有些法國的化學家覺得這不太可能,畢竟不同的化學構形會影響到它的氣味及其他特性。 於是他們決定再深入研究。這次他們使用了白線伊蚊( Aedes albopictus ),為茲卡病毒、屈公病與登革熱的病媒。結果發現:在空氣不流通的狀況下,四種PMD的效果差不多;但如果讓空氣可以流動時,其中一種化學構形, 1 R -(+)- cis -PMD,因為揮發率低,驅蚊效果明顯地勝出其他三種,甚至與目前最廣被使用的DEET(敵避)效果差不多。 雖然可以從檸檬桉分離出來,但工業上合成PMD通常是從香茅醛(citronellal)合成而來。研究團隊發現,只要將合成的溫度控制在低溫(上圖左,攝氏負78度),可以單獨合成1 R -(+)- cis -PMD。 雖然敵避很有效,但有些人會對它過敏,且它有神經毒性。因此,能夠找到與敵避差不多效用的天然的化合物,意味著未來可以用這個化合物來取代敵避做為驅蚊化合物。 參考文獻: J. Agric. Food Chem. 2021, DOI: 10.1021/acs.jafc.1c03897

胡蘿蔔的類胡蘿蔔素(carotenoid)表現與胡蘿蔔的顏色

  圖片來源:維基百科 胡蘿蔔( Daucus carota subsp. sativus)源自於阿富汗,原來的顏色是紫色或白色的;據說是十六世紀時通過荷蘭人的手被選育成橘色的。橘色的顏色來自於類胡蘿蔔素(carotenoid),紫色則是來自花青素(anthocyanin)。 過去的研究發現,胡蘿蔔的橘色不只是受到類胡蘿蔔素累積的影響,類胡蘿蔔素是否會受到分解,也很重要。負責分解類胡蘿蔔素的酵素是「類胡蘿蔔素裂解雙加氧酶」(CCD,Carotenoid cleavage dioxygenases)包括 CCD 和九順式環氧類胡蘿蔔素雙加氧酶 (NCED,nine- cis epoxycarotenoid dioxygenase)。 最近的研究發現,白色胡蘿蔔中的 CCD4 在它的軸根中表現量較高;這引起了研究團隊的興趣,決定要看看這個基因對胡蘿蔔軸根顏色的影響。 研究團隊將這個基因在橘色的胡蘿蔔中高量表現,結果產生了淺黃色的胡蘿蔔。這顯示了這個基因的確對胡蘿蔔軸根顏色很重要,但應該不是唯一的基因,否則高量表現應該會產生白色的胡蘿蔔才對。相對的,當研究團隊在白色胡蘿蔔中把這個基因給剔除,產生的也是淺黃色的胡蘿蔔,顯示了白色胡蘿蔔中的確還有其他的基因與軸根顏色相關。 酵素活性測試顯示了 CCD4 可以切割α-與β-胡蘿蔔素。高量表現此基因的橘色胡蘿蔔,裡面所含的α-與β-胡蘿蔔素也大為減少;而剔除此基因的白色胡蘿蔔,其β-胡蘿蔔素的量有上升。這些結果都顯示了 CCD4 基因的確與胡蘿蔔軸根的顏色有關,且軸根的顏色與類胡蘿蔔素的累積也有關係。 參考文獻: Li, T., Deng, Y.-J., Liu, J.-X., Duan, A.-Q., Liu, H. and Xiong, A.-S. (2021), DcCCD4 catalyzes the degradation of α-carotene and β-carotene to affect carotenoid accumulation and taproot color in carrot. The Plant Journal. Accepted Author Manuscript. https://doi.org/10.1111/tpj.15498

使用酵母菌與大腸桿菌合成獨腳金內酯(strigolactone)

  獨腳金內酯的一般結構。圖片來源: 維基百科 獨腳金內酯(strigolactone)是一種植物賀爾蒙,在植物種子萌發時會分泌,促進土壤中的細菌與植物的根部形成共生關係,對植物的生長發育很重要。但是,如 獨腳金 這類的寄生植物,也會藉由感應獨腳金內酯來讓自己的種子搶在宿主植物之前發芽,以便達成寄生的目的。所以,最好能仔細研究這個賀爾蒙,瞭解它在植物中的角色。 但是要研究獨腳金內酯卻並不容易,因為目前無法以化學合成,只能從自然來源中提取。最近的研究終於開發了合成獨腳金內酯的方法:將合成相關的基因分別轉入酵母菌( S.cerevisiae )與大腸桿菌( E. coli )中,並將兩種菌混合培養。 其實,研究團隊一開始是打算只使用酵母菌系統的。但是酵母菌雖然會將獨腳金內酯的前驅物carlactone給修飾形成獨腳金內酯,卻無法合成carlactone。 後來,研究團隊嘗試著在大腸桿菌中轉入合成carlactone的酵素基因。結果大腸桿菌可以合成carlactone,但產物的穩定性卻不夠,而且大腸桿菌系統也無法產生後續的酵素來將carlactone修飾以產生獨腳金內酯。 最後研究團隊決定將兩種菌混和培養。神奇的事情發生了!將這兩種菌混和培養,大腸桿菌負責產生carlactone,而酵母菌則將carlactone接過來修飾,產生獨腳金內酯。 雖然目前的產量大約是每公升47微克(microgram),但是因為賀爾蒙通常都只需要極低的濃度就可以產生作用,所以這樣的產量對科學研究來說也就足夠了。 能夠在實驗室中製造獨腳金內酯,就可以進行更多關於它的研究,也更能瞭解這個分子在植物中所扮演的角色。 參考文獻: Sheng Wu, Xiaoqiang Ma, Anqi Zhou, Alex Valenzuela, Kang Zhou, Yanran Li. Establishment of strigolactone-producing bacterium-yeast consortium. Science Advances, 2021; 7 (38) DOI: 10.1126/sciadv.abh4048

點擊化學合成反離層酸(antabactin)

  ANT。圖片來源: PNAS 提到植物的抗旱賀爾蒙,大家馬上就會想到離層酸(ABA,abscisic acid)。離層酸在植物感受到缺水時分泌,會使得氣孔關閉。 除了抗旱以外,離層酸也有抑制種子發芽的功能。有些種子之所以在成熟後進入漫長的休眠,就是因為種子內所含的離層酸濃度很高。 最近的研究合成了一個稱為antabactin(ANT)的分子。這個分子目前我將它暫譯為「反離層酸」,它可以干擾離層酸受器與離層酸的結合。 這個分子是怎麼合成的呢?是以所謂的「點擊化學」(Click chemistry)的方式。「點擊化學」是由2001年諾貝爾化學獎得主巴里·夏普萊斯(K. Barry Sharpless)在2001年引入的一個合成概念,主旨是通過小單元的拼接,來快速可靠地完成形形色色分子的化學合成。 ABA。圖片來源: PNAS 首先,研究團隊手上已經有個能模仿離層酸作用的化合物,稱為Opabactin(OP)。因為OP的C4 nitrile(下圖紅圈處)跟離層酸的C4'環(上圖)在構形上有類似之處(superimposable),所以研究團隊決定將OP的這個位置進行修飾。接著,他們便以opabactin為藍本,利用點擊化學的原理,將它的C4 nitrile位置修飾,迅速合成了四千個衍生物。接著他們就從這四千個衍生物中篩選出與opabactin生物活性相反的化合物,於是就找到了「反離層酸」。X光繞射可以清楚地看到,反離層酸與阿拉伯芥的離層酸受器緊密地結合,阻礙了受器與其他分子的互動。 OP。C4 nitrile以紅圈標出。圖片來源: PNAS 反離層酸可以讓阿拉伯芥、大麥與番茄的種子提早發芽;未來應該可以應用它在一些難以發芽的種子上。 參考文獻: Aditya S. Vaidya, Francis C. Peterson, James Eckhardt, Zenan Xing, Sang-Youl Park, Wim Dejonghe, Jun Takeuchi, Oded Pri-Tal, Julianna Faria, Dezi Elzinga, Brian F. Volkman, Yasushi Todoroki, Assaf Mosquna, Masanori Okamoto, Sean R. Cutler. Click-to-lead design o

組培椰子(coconut)技術

  圖片來源:維基百科 椰子是一種各種部位都有用的植物,所以又被稱為「生命之樹」(tree of life)。2019年, 全世界種植面積最廣的果樹 就是椰子了,共有一千一百八十多萬公頃。 目前椰子的繁殖都是以實生苗為主,但有許多椰子農場的椰子樹們都已經開始老化,需要被重新栽種;氣候變遷與海平面上升也威脅到椰子的生存。另外,由植物菌質體(phytoplasma)引起的Lethal Yellowing也不可輕忽,這種疾病藉由飛蝨等昆蟲傳播,目前無法治療,只能靠預防。 由於以上這些因素,讓科學家們覺得有必要開發組培椰子的技術。怎麼說呢?因為一顆椰子的種子只能產生一株幼苗。在自然狀況下椰子不會產生側芽,因此若能藉由實驗室技術,在組培時誘導椰子產生側芽,便可以大量繁殖椰子的幼苗。 最近有一個研究團隊開發了組培椰子的技術。他們以Y3培養基加上1 µM 的TDZ(Thidiazuron,噻苯隆,一種細胞分裂素,可用作除草劑)來培養椰子的頂端分生組織,可產生許多小芽。這些小芽又可以分開培養成幼苗,再種植成為成株。 以這個技術所培養出來的小芽,也可以放在攝氏負196度下保存,等需要的時候再解凍種植,因此也可以做為保留椰子種原多樣性的方法之一。 參考文獻: Hannes Wilms, Dries De Bièvre, Kevin Longin, Rony Swennen, Juhee Rhee, Bart Panis. Development of the first axillary in vitro shoot multiplication protocol for coconut palms. Scientific Reports, 2021; 11 (1) DOI: 10.1038/s41598-021-97718-1

植物菌質體(phytoplasma)能使植物「長生不老」的秘密

  左為遭受植物菌質體感染的花。圖片來源: 維基百科 植物菌質體(phytoplasma)是一種沒有細胞壁的生物,構造跟黴漿菌類似。植物菌質體通常藉由葉蟬、飛蝨等吸取篩管汁液的害蟲作為媒介來感染植物。感染後,植物便會出現光長葉子不長花的狀態,被稱為「僵屍植物」(zombie plants)。(如圖中的花)為什麼要光長葉子不開花,因為這些葉片就是讓植物菌質體寄生的地方。 到底為什麼植物菌質體有這樣的能力?最近發表在《細胞》期刊上的研究發現,SAP05蛋白可以「綁架」位於植物26S蛋白質體中的泛素受體(ubiquitin receptor)RPN10蛋白,造成與開花有關的基因SPL與GATA發育調節子(GATA developmental regulators)被分解掉,於是植物就不會進入生殖階段。 有趣的事情是,雖然動物也有RPN10蛋白,且與植物長得很像,但植物菌質體的SAP05並不會與昆蟲的RPN10蛋白結合。將RPN10蛋白的兩個胺基酸改變後,可使SAP05失去與RPN10結合的能力。 如果能將類似的RPN10蛋白的突變以基因編輯的方式引入作物,應該能做出可抵禦植物菌質體感染的作物,對提升作物產量會有幫助。 2015年曾有 研究 發現,在不同的植物中的植物菌質體,會以不同的機制來制止植物進入繁殖階段;本篇的發現又提供了另一個殊途同歸的機制。 參考文獻: Weijie Huang, Allyson M. MacLean, Akiko Sugio, Abbas Maqbool, Marco Busscher, Shu-Ting Cho, Sophien Kamoun, Chih-Horng Kuo, Richard G.H. Immink, Saskia A. Hogenhout. Parasitic modulation of host development by ubiquitin-independent protein degradation. Cell, 2021; DOI: 10.1016/j.cell.2021.08.029

黃單胞菌屬(Xanthomonas)蛋白XopC2可攻破植物的防線

  黃單胞菌屬導致的疾病。圖片來源: 維基百科 黃單胞菌屬( Xanthomonas )是很常見的植物病原菌,整個屬除了嗜麥芽糖黃單胞菌( Xanthomonas maltophilia )為人類的條件致病菌,其他都是植物的致病菌。 最近的研究發現,在水稻中表現黃單胞菌屬蛋白XopC2,可啟動茉莉酸訊息傳導,也會使得氣孔張開;這使得水稻更容易被黃單胞菌感染。 進一步的研究顯示,XopC2蛋白可磷酸化水稻的OSK1蛋白。磷酸化的位置在OSK1蛋白的第五十三個胺基酸(絲胺酸,Serine)上。磷酸化可使OSK1蛋白與茉莉酸受器OsCOI1b結合的能力提升,同時也提高了與茉莉酸信息傳導相關的JAZ轉錄抑制子(JAZ transcription repressor)的泛素化(ubiquitination)與分解,這也使得植物更容易被感染。 參考文獻: Wang, S., Li, S., Wang, J. et al. A bacterial kinase phosphorylates OSK1 to suppress stomatal immunity in rice. Nat Commun 12, 5479 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-25748-4

西伯利亞冷杉中有長生不老藥?

 自從Clubhouse誕生後,我無意中在今年過年時發現了浩爾跟小路的《全球串連早安新聞》,發現不只是主持人厲害,聽眾中也不乏專家,所以在許多時事上往往可以聽到非常棒的見解。這讓我養成了每週一到週五(假日除外)必收聽的習慣。 當然,可能是受限於主持人的專長,所以節目比較少提到生技醫藥方面的新聞。卻沒想到在今天早上出現了〈延長壽命新發現〉的主題。 由於主持人總是在深入報導之前,會先稍微提一下這個主題到底是要說什麼;讓我在送女兒去上班(我們家只有一輛車,平常是女兒在用,但我今天要用車,所以我就要當司機)的路上,可以聽到原來是關於聯合報報導「西伯利亞冷杉」(Siberian fir, Abies sibirica )萃取物可以有長生不老的效果,是因為它可以啟動細胞的自噬作用(autophagy)。 因為從事科普傳播已經有十多年,我一聽到這個新聞,直覺就覺得這大概又是一則過度報導的新聞。 圖片擷取自 聯合報 當然還是要讚美一下聯合報,也讚美我的同行們這些年來努力推動「負責任的報導」,所以這篇翻譯的外電最後有提了一句來源來自 國際科學雜誌「衰老」9月號 。我用了「Siberian fir」與「Aging」這兩個關鍵字查詢,就查到了 原文 : 截圖取自 Aging 讀了一下標題與摘要就發現,這篇論文是以西伯利亞冷杉萃取物(abisil)去處理人的纖維母細胞(fibroblast),然後觀察纖維母細胞有什麼反應。他們發現處理過的纖維母細胞有幾個變化,其中之一就是會啟動自噬作用。 自噬作用是做什麼的呢?自噬作用是細胞用來清除老廢物質的途徑,可以說就像我們的垃圾場+回收廠。但是自噬作用與長生不老有無關連?說真的,關連應該不大。 至於文章裡面提到的萜烯(terpene),它們是植物的次級代謝物(secondary metabolite),很多精油的主要成分都是它。事實上如果單獨查找「西伯利亞冷杉」,會看到可以在市面上買到它的精油。 這類的實驗其實並不難做,而纖維母細胞也是實驗室裡很常用的實驗系統。但是要從這樣的實驗應用到人體(如果真能應用的話),還有非常長的路要走。 從聯合報的報導可以看出,這篇文章應該是聯合報翻譯外電,而外電的來源應該是來自那家俄羅斯的公司Initium Pharm。我找了一下,找不到那篇外電;不過現在很多學校、機關為了彰顯自己有進度、有成果,在期刊論文發出的時候,也

椰子(coconut)為什麼叫椰子?

  圖片來源: 維基百科 一般我們提到椰子,大概講得都是可以吃的可可椰子( Cocos nucifera )。可可椰子是椰屬( Cocos )中唯一現存種,其原產地有兩種說法,一說源於印度-太平洋區域(Indo-Pacific),另一說源於南美。祖先可能是兩千三百萬到五百三十萬年前的 Cocos zeylanica ,其果實只有3.5公分長,1.3-2.5公分寬。屬名 Cocos 源自葡萄牙語,意為「頭」或「顱」(skull)。 椰子是很有用的植物,外殼可以做燃料,種子(椰仁)的果肉可製椰絲、榨椰漿(椰奶)或提煉椰子油;椰子水(胚乳)可以直接喝,或發酵為椰子酒;樹幹可以做船槳、樑柱;樹葉可蓋屋頂、製掃帚,所以椰子樹也有「生命之樹」(tree of life)之稱。 椰子在司馬相如的〈上林賦〉中稱為「胥邪」(留落胥邪,仁頻並閭),不知道什麼時候就改名椰子了。但是,到底為什麼椰子要叫做椰子呢?根據李時珍《本草綱目》裡的說法是這樣的: 按稽含《南方草木狀》云:相傳林邑王與越王有怨,使刺客乘其醉,取其首,懸於樹,化為椰子,其核猶有兩眼,故俗謂之越王頭,而其漿猶如酒也。此說雖謬,而俗傳以為口實。南人稱其君長為爺,則椰名蓋取於爺義也。 也就是說,椰子是從越王的頭幻化而成;而因為南方人都稱呼君長為「爺」,所以胥邪就變成椰子了。其實在《南方草木狀》裡面,並沒有為何胥邪改稱為椰子那一段: 椰,樹葉如栟櫚,高六七丈,無枝條。其實大如寒瓜,外有麤皮,次有殼,圓而且堅;剖之有白膚,厚半寸,味似胡桃而極肥美;有漿,飲之得醉。俗謂之越王頭,云:昔林邑王與越王有故怨,遣俠客刺得其首,懸之于樹,俄化為椰子。林邑王憤之,命剖以為飲器(南人至今效之)。當刺時,越王大醉,故其漿猶如酒云。 《南方草木狀》據說成書於公元304年(西晉),也就是說,在那個時候大家已經懂得吃椰子了。 有趣的是,《南方草木狀》裡面還解釋了椰子為什麼會有椰子水(椰汁):「 當刺時,越王大醉,故其漿猶如酒云。 」所以是說人喝醉了變笨是因為腦子進水了嗎?

世界栽種面積最廣的水果

  圖片來源: 維基百科 颱風天,卻沒有多少颱風的感覺;滑FB看到某日本協會說「你知道葡萄是全世界栽種面積最廣的水果嗎?」想了一下,覺得最好還是上去聯合國農糧署查一下資料(關鍵字:FAOSTAT),結果發現,最新的資料(2019),除非椰子不算水果,否則葡萄絕對不是栽種面積最廣的水果。 第一名是椰子,2019年栽種面積11,807,156公頃; 第二名是葡萄,2019年栽種面積6,925,972公頃; 第三名是大蕉(plantains),2019年栽種面積5,714,718公頃; 第四名是芒果,2019年栽種面積5,588,716公頃; 第五名是香蕉(banana),2019年栽種面積5,158,582公頃。 當然眾水果們絕對比不上糧食作物。 第一名的糧食作物是小麥,2019年栽種面積215,901,958公頃; 第二名的糧食作物是飼料玉米(maize,FAO把鮮食玉米叫做"maize, green"),2019年栽種面積197,204,250公頃; 第三名的糧食作物是水稻,2019年栽種面積162,055,938公頃。 但是如果椰子不算水果,要算什麼呢?網友回饋:可能算做油料作物吧,畢竟椰子可以鮮食的部分大概只有椰子水而已。

根瘤線蟲靠辨認RG-I寡醣來找到植物的根

  RG-I。圖片來源: Science Advances 根瘤線蟲(root knot nematodes)是植物根部的寄生蟲,會在植物的根部造成根瘤,使植物吸收水分與養分的能力下降,造成損失。雖然已經有藥劑可以控制,但使用藥劑還是會有一些安全上的考量,所以科學家們一直想要找出控制根瘤線蟲的方法。 過去的研究已知根瘤線蟲會藉著趨化作用(chemotaxis)找到植物的根,但是到底是植物根部分泌的什麼物質對根瘤線蟲有吸引力,目前仍屬未知。 最近日本的研究發現,亞麻根部分泌的一個寡醣rhamnogalacturonan-I(RG-I)會被根瘤線蟲辨認。深入研究發現,RG-1的半乳糖(galactose,上圖綠色)與主體連接的部分,也就是α-1-半乳糖-1,3-鼠李糖(α-l-galactosyl-1,3-l-rhamnose)是重要的辨認構造。這個雙糖本身就已經可以吸引根瘤線蟲了。 未來可應用這部分的結果來進行根瘤線蟲的防治。 參考文獻: Allen Yi-Lun Tsai, Yuka Iwamoto, Yoichi Tsumuraya, Morihiro Oota, Teruko Konishi, Shinsaku Ito, Toshihisa Kotake, Hayato Ishikawa, Shinichiro Sawa. Root-knot nematode chemotaxis is positively regulated by l-galactose sidechains of mucilage carbohydrate rhamnogalacturonan-I. Science Advances, 2021; 7 (27): eabh4182 DOI: 10.1126/sciadv.abh4182

邁向選育完美蘋果之路

  新疆野蘋果。圖片來源:維基百科 因為容易儲存、味美多汁,蘋果是非常受歡迎的水果之一。在美國,每年吃掉的水果有四分之一是蘋果。從早期的五爪(Golden Delicious)到現在的富士(Fuji)與加拉(Gala),蘋果一直都是許多人的心頭好。 但是,要選育出好吃又營養的蘋果並不容易。一般而言,從種子種下去到開花結果至少要七年;而到真正選育出純品系,則需要十幾二十年的功夫。更不用提整個選育過程需要廣大的土地來種植這些未知品系了。 最近俄亥俄州立大學將124種(包括五爪、富士、加拉等受歡迎的品系)蘋果的基因標記與數百個蘋果生產的化合物以及特性輸入,建立了一個龐大的資料庫。這個資料庫可讓育種者在蘋果還是小苗的時候,就能夠使用「分子育種」技術--透過分析基因標記--得知哪一株小苗能產出又美味又營養的蘋果。 參考文獻: Emma A. Bilbrey, Kathryn Williamson, Emmanuel Hatzakis, Diane Doud Miller, Jonathan Fresnedo‐Ramírez, Jessica L. Cooperstone. Integrating genomics and multi‐platform metabolomics enables metabolite QTL detection in breeding‐relevant apple germplasm. New Phytologist, 2021; DOI: 10.1111/nph.17693

神秘的「開花素」(florigen)誘導開花的機制

  圖片來源:維基百科 早期的植物學實驗發現了一個神秘的分子,被稱為「開花素」(florigen):當科學家把兩株植物的維管束連結在一起時,只要其中一株植物暴露在適當的光週期下,兩株植物會同時開花。他們認為這是因為暴露在適當光週期下的植物合成了「開花素」,透過維管束傳遞給另一株植物,所以兩株都開花了。 近年來的研究,讓許多科學家相信,開花素就是 FT ( FLOWERING LOCUS T )。長日照使得維管束(可能是篩管phloem)中 FT 的轉錄活化,產生的 FT 蛋白接著運輸到頂芽生長點,讓頂芽從葉芽轉為花芽。 FT 的序列與許多脂肪結合蛋白有相似性,但過去並不清楚它究竟有沒有與脂肪結合的能力。 最近發現,原來 FT 蛋白可以辨認膜上的磷脂醯甘油(phosphatidylglycerol)。 FT 在伴細胞(companion cell)內轉錄產生,低溫(如攝氏16度)時 FT 會與伴細胞膜上的磷脂醯甘油結合,這使得它停留在伴細胞裡,造成植物不開花。以無法合成磷脂醯甘油的突變株測試發現,因為沒有磷脂醯甘油將FT留在伴細胞中,造成 FT 很快被運送到頂芽生長點,於是植物在低溫下就會提早開花。在野生種阿拉伯芥裡,適溫會讓FT蛋白與磷脂醯甘油的結合變弱,讓FT蛋白移動到頂芽生長點,於是植物就進入開花狀態了。 到了頂芽生長點,FT會辨認另一個膜上的脂肪:磷脂醯膽鹼(phosphatidylcholine),來誘導植物進入開花狀態。FT對不飽和度較高的磷脂醯膽鹼的親和力較高。 這些發現還需要更詳細的研究來確認。雖然目前從FT的結晶結構可以看到可能的脂肪結合位置,但如果真的能將FT與磷脂醯甘油或磷脂醯膽鹼結合並得到結晶,應該是更好更直接的證據。 參考文獻: SCIENCE • 3 Sep 2021 • Vol 373, Issue 6559 • pp. 1137-1142 • DOI: 10.1126/science.abh4054

英國核准基因編輯小麥進行田間試驗

  圖片來源:維基百科 英國的Rothamsted Research在八月二十四日宣布,英國政府已經核准他們進行基因編輯小麥的田間試驗,為期五年。 即將要測試的基因編輯小麥,是以基因編輯手法(CRISPR)將天冬醯胺合成酶(asparagine synthetase)給剔除。如此一來可以降低小麥的天冬醯胺(asparagine)的含量。 剔除天冬醯胺合成酶(TaASN2)要做什麼呢?原來天冬醯胺在烘焙、油炸等高溫烹調過程中,會與還原糖發生反應(稱為梅納反應),產生有毒的丙烯醯胺(acrylamide)。丙烯醯胺已經被證明在小鼠中會致癌,但尚未在人體發現。 田間試驗主要是要測試這個品系是否在自然的環境下,仍只會產生少量的天冬醯胺;之前的測試結果發現,有些基因編輯小麥產生的天冬醯胺只有親本的10%。 雖然孟山都在2004年就研發出基改小麥,但當時因為加拿大等國家的反對,美國並未核准基改小麥上市;不過在2020年阿根廷 核准 了一種抗旱的基改小麥。 英國這個田間試驗,如果最後得到核准,可能是歐盟的第一個基因編輯小麥。由於基因編輯技術只會改變目標基因的序列,並不會在作物上加入額外的基因,有別於傳統的基改,所以一直有說法認為它不是基改。 參考文獻: Farmers Weekly. Rothamsted gets green light to trial gene-edited wheat .

殺蟲劑毒死蜱(chlorpyrifos)會使人發胖

  圖片來源: 維基百科 毒死蜱(chlorpyrifos)是一種有機磷殺蟲劑,它在1965年由陶氏化學開發。目前毒死蜱在加拿大禁用,但在許多國家還是可以使用的。 最近的研究發現,毒死蜱會抑制小鼠的棕色脂肪組織(brown fat tissue)燃燒脂肪,造成小鼠肥胖。 棕色脂肪組織負責在寒冷時進行所謂的「不發抖產熱」(non-shivering thermogenesis),幫助我們維持體溫。幼年期的哺乳動物含有較多的棕色脂肪組織,這可以幫助幼年哺乳動物維持體溫維持得更好(因為幼年期哺乳動物神經系統尚未發育成熟,大腦的體溫控制系統還無法像成年哺乳動物一樣精準地控制體溫)。我們常用「囝仔屁股三斗火」來形容小孩子的體溫比成年人高,其實就是棕色脂肪組織的貢獻。隨著逐漸長大,棕色脂肪組織會慢慢變少。 棕色脂肪組織內含大量的粒線體,這些粒線體配備有UCP1蛋白(uncoupling protein 1),讓粒線體的電子傳遞鏈的能量不用來合成能量(ATP,三磷酸腺苷)轉而產熱。 研究團隊研究了34種不同的農藥,他們讓小鼠食用高卡路里的食物同時也暴露在這些農藥之下,結果發現只需要一皮莫爾(1 pM)濃度的毒死蜱,就可以抑制棕色脂肪組織中的UCP1蛋白。 毒死蜱不只可以造成肥胖,還會造成非酒精性脂肪肝與胰島素阻抗。 過去也曾有 研究 發現,懷孕時暴露在DDT環境中,產生的後代有肥胖的風險。 參考文獻: Bo Wang, Evangelia E. Tsakiridis, Shuman Zhang, Andrea Llanos, Eric M. Desjardins, Julian M. Yabut, Alexander E. Green, Emily A. Day, Brennan K. Smith, James S. V. Lally, Jianhan Wu, Amogelang R. Raphenya, Krishna A. Srinivasan, Andrew G. McArthur, Shingo Kajimura, Jagdish Suresh Patel, Michael G. Wade, Katherine M. Morrison, Alison C. Holloway, Gregory R. Steinberg. The pesticide chlorpyrifos

隱花色素1(cryptochrome 1)在強藍光下會被分解

  圖片來源: 維基百科 身為光合自營生物但不會動,植物對光線的敏感度是其他生物所不能比擬的。植物有負責感應紅光/紅外光的光敏素(phytochrome)、負責感應藍光與長波紫外光的隱花色素(cryptochrome)與向光素(phototropin),還有負責感應短波紫外光的光受器UVR8。以阿拉伯芥為例,阿拉伯芥有五個光敏素(PhyA、B、C、D、E)、兩個隱花色素(Cry1與Cry2)、數個向光素(較為重要的是Phot1與Phot2)。 過去的研究已知,光敏素A與B、向光素1、隱花色素2在照光後會分解。那麼隱花色素1會不會分解呢?最近的研究發現,強藍光照射後,隱花色素1會被泛素化(ubiquitination),然後送到26S蛋白質體(26S proteosome)中去分解。 研究顯示,隱花色素1的泛素化與E3泛素連結酶(E3 ubiquitin ligase)COP1有關。另外一群E3泛素連結酶LRB也跟它的分解有關。 另外,BIC1會透過抑制隱花色素1的雙體化/聚合來抑制藍光引發的隱花色素1的分解。 所以,跟光敏素A、B,隱花色素2以及向光素1類似,隱花色素1在照光後也是會進行分解,且這個分解必須先被泛素化。 參考文獻: Miao, L., Zhao, J., Yang, G., Xu, P., Cao, X., Du, S., Xu, F., Jiang, L., Zhang, S., Wei, X., Liu, Y., Chen, H., Mao, Z., Guo, T., Kou, S., Wang, W. and Yang, H.-Q. (2021), Arabidopsis cryptochrome 1 undergoes COP1 and LRBs-dependent degradation in response to high blue light. New Phytol. Accepted Author Manuscript. https://doi.org/10.1111/nph.17695

納豆的γ-聚穀胺酸(γ-polyglutamic acid)可降血糖

  圖片來源: C&EN 在日本很受歡迎的納豆(natto),是黃豆經過枯草桿菌( Bacillus subtilis )發酵後的加工食品。納豆很黏稠,會「牽絲」,有的人會把它與起司來相提並論。 最近的研究發現,納豆的「黏TT」與它在發酵過程中產生的γ-聚穀胺酸(γ-polyglutamic acid,γ-PGA)有關,而γ-聚穀胺酸被發現有降血糖的功用。 研究團隊找了一群尚未得糖尿病,但在吃飽飯後血糖會上升超過平均值的人做為受試者。這些受試者分成三組,第一組食用加了含有高量γ-聚穀胺酸納豆的飯,第二組食用加了含有低量γ-聚穀胺酸納豆的飯,第三組則只有吃飯。 測試這三組的血糖與胰島素濃度發現,第一組的血糖與胰島素濃度降得最低,其次是第二組。第三組的血糖與胰島素的濃度最高。 當然,這並不代表糖尿病病人可以不用理會醫生的處方,就開始放心地吃納豆配飯。真的有糖尿病,還是要乖乖地去看醫生,才是對自己最好的。 參考文獻: Nutrients 2020, DOI: 10.3390/nu12082374