老葉的植物王國

  假亞麻。圖片來源： 維基百科 對原生在溫帶的植物，日照長度的變化對它們的生長發育影響很大。不過，我們通常比較在乎的是何時可以吃它，對於整體的生長發育影響缺乏深入的、全面性的研究。 最近的一個研究，以假亞麻（camelina， Camelina sativa ），這種C3長日照植物為實驗模型。假亞麻在歐洲有三千年的栽培歷史，主要為油用作物。研究團隊使用了長日（LD）和短日（SD）條件下的生長測量、氣體交換測量和包括 13 C、 14 C、 2 H 2 O在內的同位素標記技術，以探究植物對不同日長的反應。 研究團隊發現，SD植物通過多種機制來彌補在較短光週期中減少的CO 2 吸收，包括提高光合作用速率（SD：18.1，LD：14.9 µmol m −2 s −1 ）和降低光呼吸（RL），從而增加對莖部的投資。此外，SD植物展示了葡萄糖6-磷酸（G6P）分流和氧化戊糖磷酸途徑（PPP）的降低，這對RL有重大貢獻，並且在較長的夜晚期間維持碳的可用性。 LD植物在所有採樣時間的乾重（DW）均高於SD植物，顯示日長對生長速率的影響是持續的。SD植物具有更高的莖/根比率（與LD植物相比超過一倍），且葉片的鮮重比LD植物低約12%。 使用INST-MFA（非穩態代謝通量分析）對LD和SD植物之間代謝通量差異的全面評估。研究團隊發現，在G6P/PPP（葡萄糖6-磷酸/氧化戊糖磷酸途徑）分流中，長日（LD）植物的絕對通量和標準化通量都較高，同樣，色素體三磷酸糖到細胞質三磷酸糖和細胞質己糖磷酸合成的標準化通量也較高。這條從葉綠體到細胞質的碳循環途徑，以三磷酸糖的形式運輸，然後以戊糖磷酸的形式返回葉綠體，在LD植物中具有顯著更高的通量。通過三羧酸循環合成穀胺酸的標準化通量在LD植物中也更高。根據INST-MFA估算的非光呼吸CO 2 釋放量（從所有非光呼吸CO 2 釋放反應的總和計算得出）在LD植物中較高，這與通過氣體交換測量的較高RL值相一致。 短日（SD）植物通過卡爾文循環（CBC）和光呼吸中間產物顯示出較高的整體絕對通量。然而，在標準化至淨CO2同化率後，LD和SD植物之間的通量相當，表明這些差異主要是由於較高的淨CO 2 同化率所造成的。SD植物中澱粉和丙胺酸合成的絕對和標準化通量較高，表明SD植物更傾向於將碳分配到澱粉和丙胺酸。 LD和SD植物中

  圖片來源： Cell Host & Microbe 看過灰黴病菌（ Botrytis cinerea ）嗎？你一定看過，只是你不知道。灰黴病菌是非常常見的植物病原菌，會造成灰黴病。寄主範圍寬廣，主要發生於冬春季低溫多濕季節，24℃以下低溫才會發生，尤以初春春雨來臨時發生嚴重。 這篇論文的主題是關於植物的mRNA如何通過細胞外囊泡（EVs）進入真菌病原體，從而降低感染。研究團隊發現，阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）能將mRNA通過EVs傳遞到灰黴病菌中，這些mRNA在真菌細胞內被轉譯成蛋白質，這些蛋白質能夠減少對植物的感染。 研究團隊的主要發現包括： 1. 植物EVs能夠攜帶mRNA：研究顯示，植物EVs中含有mRNA，並且這些mRNA與生物防禦反應有關。 為了確認植物細胞外囊泡（EVs）中含有mRNA，研究團隊對從阿拉伯芥葉子的葉間液中早期（16小時）收集的純化EVs進行了mRNA分析。在對照組和灰黴病菌感染的葉子分離的EVs中，通過RT-PCR檢測到全長植物mRNA。針對幾種基因（如衰老相關基因21（SAG21）、ATP硫酸轉運酶1（APS1）、過氧化物酶IIC（PRXIIC）和類Hevein（HEL））的全長mRNA，在經過微球菌核酸酶和蛋白酶K消化後，除非先用Triton X-100破壞囊泡，否則仍然可以在純化的EVs中被檢測到。這證明這些mRNAs確實包含在囊泡內部，而不是結合在外表面或與獨立的蛋白聚合物相關聯。 2. 植物mRNA在真菌細胞中被觀察到：利用螢光RNA適配体（Broccoli system）證實了在EVs中的植物mRNA可以被真菌細胞攝取。 螢光RNA適配體（Fluorescent RNA Aptamers）是一種特殊的RNA分子，它們通過高通量篩選（如SELEX）從大量的隨機序列庫中篩選出來。這些RNA適配體具有獨特的結構，使它們能夠緊密結合特定的螢光分子（如螢光染料），從而在特定條件下發出螢光。 這些螢光RNA適配體可以用於標記和追踪RNA分子。其中一個著名的例子是“Broccoli”系統，這是一種螢光RNA適配體，能夠緊密結合DFHBI這種螢光分子。當Broccoli適配體與DFHBI結合後，在藍光激發下會產生綠色螢光，從而使研究人員能夠在活細胞中直接觀察到RNA分子。

  花粉管對電場的反應（0，20，40，70分鐘）。 圖片來源：Dev. Biol. 之前介紹了阿拉伯芥的根會朝著電場的陰極生長，這篇論文研究了番茄和煙草的花粉管在施加電場下的生長反應。 研究團隊使用番茄和煙草的花粉，在特製的實驗裝置中施加電場，觀察花粉管在不同電場強度下的生長方向變化。另外，研究團隊測試了不同強度的電場（如0.1毫伏/mm）對花粉管生長方向的影響，發現即使在非常低的電場強度下，花粉管也會表現出朝向陽極的轉向行為。 研究團隊還發現無論是朝向陽極還是陰極生長，花粉管的生長速率都會受到影響，通常是減慢。研究者測量了花粉管在無電場（RO）和有電場（Rs，70 mV/mm）情況下的生長速率。他們發現，在電場下，不論是朝向陰極還是陽極生長的花粉管，其生長速率都大約降低了相同的比例。具體來說，向陰極生長的花粉管生長速率減少了大約19%，而向陽極生長的花粉管生長速率減少了大約21%。 特別的是，在煙草的實驗中，研究者觀察到電場還會影響花粉的發芽位置，使得花粉管傾向於從靠近陽極的一側發芽，這一效應在0.4毫伏/mm的電場下就能被察覺。 研究團隊提出，電場可能通過影響花粉管細胞膜的電位來影響生長方向，例如陽極面的膜可能會超極化，而陰極面的膜則可能去極化。此外，電場可能會導致細胞膜上的離子通道等分子重新分布。 不過，並不是所有的花粉管都會朝向陽極生長。早期的一些研究，例如 Vinca （長春花屬）和 Narcissus （水仙屬）的花粉管，會朝向陰極生長。事實上，這個實驗裡的花粉管有些也朝向陰極生長。 這項研究為理解植物細胞對外部電場的反應提供了新的見解，並可能對研究花粉管導向和植物生殖生理學有所貢獻。 參考文獻： Wang C, Rathore KS, Robinson KR. The responses of pollen to applied electrical fields. Dev Biol. 1989 Dec;136(2):405-10. doi: 10.1016/0012-1606(89)90266-2. PMID: 2583370.

  圖片作者：ChatGPT 植物對電有反應嗎？根據資料，植物對電場的反應（electrotropism）最早是由F.T. Elfving於1882年首次記錄。由於無法查到那篇論文，所以並不知道到底他偵測了哪（些）植物。 最近由Maddalena Salvalaio和Giovanni Sena兩人發表在2023年的《植物生理學》（Plant Physiology）期刊的研究，探討了植物根部對電場的長期反應，尤其關注於模式植物阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）的根部。研究團隊發現，當植物根部在長期暴露於電場下會顯示出習慣化（habituation）和遲滯（hysteresis）的現象。 研究團隊發現在電場中，阿拉伯芥的根尖會向著陰極彎曲。這種彎曲反應初期迅速，但隨時間進展，根尖會逐漸回到一個新的穩定角度，表現出一種超調（overshoot）後的穩定狀態，稱為電向性定點角（Electrotropic Set-point Angle, ESA）。 當根部長期暴露於電場中，會出現習慣化，即對相同的刺激反應減弱。此外，根部的電向性反應會受到過去暴露於電場的歷史影響，即遲滯現象。這意味著根部對電場的反應不僅取決於當前的刺激強度，還受到之前經歷的影響。 研究團隊還觀察到，根部對電場的反應不需要生長素（auxin）的不對稱分布，但需要細胞分裂素（cytokinin）的合成。然而，cytokinin在根部彎曲過程中並不會出現不對稱分布。 為了測量生長素和細胞分裂素的分布，研究團隊使用了含有綠色螢光基因的轉殖阿拉伯芥，以觀察auxin和cytokinin的出現與分布。這些報告基因在有auxin或cytokinin時會產生綠色螢光，從而允許觀察賀爾蒙在根部的分布。對照了未處理的植物和暴露於電場的植物，研究團隊在細胞層面上觀察和分析auxin和cytokinin在根部電向性反應中的角色。透過這些實驗，研究團隊能够更深入地理解植物根部對電場反應的分子機制。 研究團隊指出，根部的電向性反應是一種獨立於重力向性反應的現象。 這項研究不僅提供了植物根部電場感應機制的深入了解，也為未來探索根部電向性反應的分子機制奠定了基礎。 參考文獻： Maddalena Salvalaio, Giovanni Sena, Long-term root electrotr

  Butchart garden. 圖片來源： 維基百科 是否曾聽過混合栽培植物會比較健康這種說法呢？過去對這個現象的研究，通常將植物多樣性與生產力增加歸因於資源分割（resource partitioning）。 資源分割理論認為，不同種類的植物會利用不同的資源（如光、水、礦物質等）或以不同的方式利用相同的資源，從而減少彼此之間的競爭，促進生態系統的整體生產力。 雖然資源分割理論聽起來頗有道理，但是直接證據有限。最近有研究團隊提出「病原菌稀釋」（Pathogen Dilution）為另一種可能機制，這一假設認為多樣性帶來的生產力益處源於與病原菌相容的宿主被非相關鄰居緩衝，從而減少了病原菌對宿主的不利影響，例如疾病發生和生長受阻。 研究團隊設計了兩個實驗。實驗一使用了18種本地草原植物，並通過操縱物種豐富度、群落組成和降水量來設計240個實驗區，以研究植物多樣性對生態系統生產力和病原菌稀釋效應的影響。以下是詳細的實驗設計： 實驗場地： - 地點：位於美國東堪薩斯的堪薩斯大學實地站。 - 歷史背景：該地曾經是高草草原，從1870年到1970年被耕種為行作或牧場，之後被遺棄，逐漸被非原生的牧草和過去10年內自然恢復的原生草原植物所覆蓋。 樣區設計： - 總數：240個樣區，每個樣區大小為1.5米 x 1.5米。 - 植物物種：選擇了18種本地草原植物，來自三個家族：禾本科（Poaceae）、豆科（Fabaceae）、和菊科（Asteraceae），每個家族各6種。 實驗處理： 1. 物種豐富度：設置不同的物種豐富度水平——1、2、3和6種物種。 2. 群落組成： - 植物群落分佈：分為植物群落的植物種過度分散（over-dispersed）和欠度分散（under-dispersed）。 - 單一家族處理：欠度分散的處理包含來自單一家族的植物。 - 多家族處理：過度分散的處理包含來自兩個或三個不同家族的植物種。 3. 降水量：操縱降水量為50%或150%的周圍環境雨量。 實驗布局： - 樣區被分為六個子區塊，每個子區塊包含40個配對樣區，這些配對樣區分布在包含20個樣區的降水排除遮蔽下。 - 在這些遮蔽下，一組接收150%的環境生長季降雨量，而另一組則接收不同量的降雨。 這種詳細和綜合的實驗設計

圖片來源： 維基百科   是否感覺到：番茄越來越不好吃？雖然我們培育出了又大又紅的番茄，但是它吃起來卻像蔬菜一樣沒味道（喔，我忘記了，番茄在1893年就被美國最高法院判決為蔬菜了）？當然可能會有人說，很多蔬菜也有豐富的味道。不管怎麼說，番茄越來越沒味道是事實。 這個疑問，在2012年解開了。美國康乃爾大學的研究團隊，在研究番茄中的一個稱為 "Uniform ripening" (u) 的基因時，不小心發現它就是讓番茄變得不好吃的「兇手」。 U基因的主要功能就是負責控制番茄果實成熟時的葉綠素分布和累積。過去七十年，育種者無意識地選擇具有u基因型（U基因不表現或失去功能）的番茄，因為這種番茄在成熟之前呈現淡綠色。這種特徵使得番茄在成熟過程中顏色更均勻，從而對市場上的消費者來說更具吸引力。 研究團隊發現，u基因產生一個稱為 Golden 2-like (GLK2) 的轉錄因子，這個轉錄因子在番茄果實的光合作用、葉綠素生成和分布中具有關鍵作用。研究顯示，GLK2的表現會增加果實的光合作用基因表達和葉綠體的發育，從而導致成熟果實中碳水化合物和類胡蘿蔔素的含量增加。阿拉伯芥（Arabidopsis thaliana）有兩個GLK，番茄也有兩個，不過只有其中一個（GLK2）表現在果實裡。 研究團隊發現，番茄品系中，由於對u基因的選擇，可能對果實品質產生了非預期的負面影響。例如，u基因型的番茄（即失去功能的GLK蛋白）在成熟果實中溶解性固形物含量較低。這顯示在培育番茄過程中選擇u基因型雖然有助於收穫，但可能同時影響了果實的品質。 這項研究還探討了GLK基因的表達對番茄果實生物學和品質的影響。例如，在番茄中表現阿拉伯芥的任一GLK增加了綠色果實中的澱粉含量，並在紅色成熟果實中增加了四成的果糖和葡萄糖的含量。此外，通過轉殖基因技術在番茄中高度表達GLK基因，可以提高成熟果實中的溶解性固形物（增加21%）和番茄紅素的含量，這顯示GLK基因的表達調節了未成熟果實的葉綠體發育，從而影響成熟果實中的糖和主要類胡蘿蔔素含量。 另外，在U基因座附近，還有一個與增加溶解性固形物相關的量性狀座（QTL）存在。這可能也是造成現在的番茄越來越難吃的原因之一。 總而言之，這篇論文提供了對番茄果實成熟過程中葉綠體發育和光合作用調控的深入了解，並顯示了通過遺傳操縱

  圖片來源：維基百科 離層酸（ABA，abscisic acid）是六大植物荷爾蒙之一，對植物抵抗乾旱壓力以及種子發芽非常重要。當植物缺水時，植物的葉肉細胞先釋放儲存的離層酸，接著根部合成的也會源源不絕地送到，以維持氣孔的持續關閉。 氣孔（stomata）是植物主要與外界交換氣體的通道，由兩個保衛細胞（guard cell）負責控制氣孔的開閉。可想而知，離層酸對保衛細胞當然會有非常重要的影響。 過去有許多關於保衛細胞與離層酸的研究，多半著重在基因表現上的變化。最近發表在《美國國家科學院院刊》上的這篇論文，研究了植物表皮保衛細胞在離層酸和二氧化碳（CO 2 ）刺激下的染色質可及性如何改變。 研究團隊首先從阿拉伯芥中分離出保衛細胞核，進行細胞類型特異性分析，以探索ABA和CO2如何調控保衛細胞染色質結構及其在氣孔運動中的作用。 結果顯示，ABA觸發保衛細胞、根細胞和葉肉細胞中廣泛而動態的染色質重塑，具有明顯的細胞類型專一性。DNA基序（motif）分析顯示了ABA誘導和抑制染色質中特定轉錄因子（TF）的結合位點。研究團隊發現，ABA反應元件（ABRE）結合因子（ABF）基因ZIP類型TF是ABA觸發的保衛細胞和根細胞染色質開放所必需的，並暗示了抑制一類bHLH型TF在控制ABA抑制染色質中的作用。此外，與ABA相比，提高大氣中CO2濃度對染色體的影響較小。 另外，研究團隊觀察到ABA誘導的氣孔關閉過程中，會發生表觀基因組重新修飾。對於以50 µM ABA處理的植物，他們發現保衛細胞和整個葉片中數千個基因的差異表現，並指出ABA誘導的基因主要涉及對缺水、ABA和鹽分的反應。這些變化在保衛細胞和整個葉片之間大多數是共享的，但也發現了一些保衛細胞特有的變化。進一步的分析顯示，ABA在保衛細胞中大幅重塑染色質結構，包括2323個區域的可及性增加和1657個基因的減少可及性。這些變化在4小時和24小時後都能持續觀察到，顯示ABA誘導的染色質變化具有持續性。 最後，研究者探究了ABF轉錄因子對ABA誘導的保衛細胞染色質開放所扮演的角色。他們使用缺乏四種相關ABF蛋白的 abf1/2/3/4 （ abfx4 ）突變體，發現這些因子對於ABA誘導的大部分基因表達非常重要。此外，他們也觀察到，失去abf1/2/3/4的突變體在非壓力條件下的保衛細胞染色質結構與野

  圖片來源： Psilocybe azurescens。維基百科 許多疾病，如糖尿病性、帶狀皰疹、脊髓損傷、多發性硬化症和化療、纖維肌痛症（俗稱公主病）、類風濕性關節炎、炎症性腸病、手術後疼痛、創傷後疼痛症候群、脊髓損傷，甚至復發性口腔潰瘍，都可能會出現所謂的「機械性過敏反應」或「熱痛覺過敏」。 什麼是「機械性過敏反應」呢？機械性過敏反應（mechanical allodynia）是指當皮膚或其他組織對通常不會引起疼痛的輕微機械刺激（如觸摸或輕壓）產生疼痛反應的現象。而「熱痛覺過敏」（thermal hyperalgesia）則是指對熱刺激（如溫暖或熱）的痛覺敏感度增加的現象。在這種情況下，通常不會引起疼痛的溫暖或輕微熱刺激也可能導致強烈的疼痛感覺。對這些病人來說，因為極輕微的機械刺激或熱刺激都會覺得痛，所以他們的生活品質可以說真的是極低。可能連穿個衣服都「痛不欲生」！ 機械性過敏反應或熱痛覺過敏的患者需要針對個體和具體疼痛類型進行個人化治療。由於這些類型的疼痛常常對傳統的止痛藥反應不佳，因此可能需要多種治療方法的組合，包括藥物治療和非藥物治療。由於患者一般對非類固醇消炎藥(NSAIDs)反應不佳，而鴉片類藥物考量到成癮性一般不會使用，因此在治療上比較困難。 最近的一個研究發現，從「神奇蘑菇」分離出來的賽洛西賓（psilocybin），對機械性過敏反應可以有將近一個月的療效，但對熱痛覺過敏的影響較小。 研究團隊使用了成年Sprague Dawley大鼠，將其分為三組，分別接受不同劑量的賽洛西賓或生理鹽水（對照組）。研究人員首先測量了大鼠對機械和熱刺激的基線反應，然後注射甲醛引起中樞化的慢性疼痛模型。之後，研究人員測量了大鼠對機械和熱刺激的反應。 結果發現，與對照組相比，接受賽洛西賓治療的大鼠顯著減少了因甲醛引起的機械性過敏反應，這種效果持續了28天。然而，賽洛西賓在減少甲醛引起的熱痛覺過敏方面的效果有限，僅在注射當日和之後的第5天有顯著改善。 此外，研究還觀察到，賽洛西賓對未經甲醛處理的大鼠的機械或熱敏感性沒有影響，顯示其抗痛作用可能與中樞神經系統的變化有關。研究的局限性包括使用的動物模型和疼痛源的單一性質。研究結論是，這是首次證明迷幻藥物可以在動物模型中減輕慢性疼痛指標的研究，需要進一步的研究來評估其他與慢性疼痛相關的終點以及銀膠菌素治療效果

  染色體。圖片來源： 維基百科 提到改變植物的染色體，99.99999%的人都會想到農桿菌（Agrobacterium）吧？奇妙的是，這篇由Holger Puchta與Andreas Houben撰寫，標題為《植物染色體工程：過去、現在與未來》的文章詳細討論了植物染色體工程的歷史、現狀和未來的發展方向，但卻一點都沒有討論到農桿菌。我們就來看看吧！ 植物染色體工程的早期發展可以追溯到20世紀80年代末至90年代初。這一時期，隨著分子生物學和遺傳工程技術的快速進步，科學家開始嘗試在植物中進行更複雜的基因操作，包括對染色體結構的改變。 1980年代末，隨著基因槍和農桿菌技術的發展，植物基因轉化變得可行。這些技術使得外來基因能夠被整合到植物的基因組中，為植物染色體工程奠定了基礎。 1990年代，隨著對植物基因組結構和功能更深入的理解，特別是對著絲點和端粒等關鍵染色體結構的認識，植物染色體工程開始朝著更加精細和目標導向的方向發展。在這一時期，科學家開始探索創建人工染色體和特定染色體區域的改造，例如利用著絲點特異性序列或組蛋白變體來改變染色體的行為。 植物微染色體工程 這是利用基因工程技術創建植物微染色體的方法，這些微染色體包含了必要的遺傳元素，如端粒、複製起始點和著絲點，但含有很少的其他遺傳信息。這些微染色體可用於植物生物技術中，將多個基因堆疊於一個獨立的遺傳載體。 微染色體（minichromosomes）是指在細胞核中存在的小型染色體，它們包含了一些基本的染色體結構，如端粒、複製起始點和著絲點，但與普通染色體相比，它們含有較少的遺傳信息。在植物染色體工程中，微染色體被視為有價值的工具，因為它們可以作為獨立的遺傳載體，用於攜帶和表達外源基因。 微染色體的主要優勢是： 1. 高度可控的基因表達：由於它們是獨立的遺傳單位，因此可以在不干擾植物原有遺傳結構的情況下，精確控制所攜帶基因的表達。 2. 多基因堆疊：微染色體能夠攜帶多個基因，這對於複雜的遺傳工程特別有用，如同時表達多個抗病基因或生物合成路徑中的多個酶。 3. 避免基因重組和位置效應：在植物的普通染色體上插入外源基因時，基因重組和位置效應可能影響基因的穩定性和表達（農桿菌有時就會發生這種事）。微染色體因為是獨立存在的，因此可以減少這些問題。 4. 應用於植物育種和基因治療：微染色

  LHCII。圖片來源： 維基百科 如果說光合作用（photosynthesis）是世界上最重要的反應，這句話一點也不過份。畢竟，所有的生物都依賴植物，而植物依賴光合作用來合成一切。 光合作用又分為光反應（light reaction）與卡爾文循環（也稱為碳反應，Calvin cycle）。光反應主要就是吸收光能並轉化為化學能（ATP，腺核苷三磷酸）與電子。 光反應中，吸收光能的成員有兩個光系統（photosystems，PS）與兩個捕光複合體（light-harvesting systems，LHC）。光系統負責捕捉光能，並啟動光反應；捕光複合體則是協助光系統捕捉光能。 而其中的LHCII是植物光合作用系統中最豐富的膜蛋白質複合體。它的主要位於葉綠體的類囊體膜中，由多種蛋白質和色素分子（如葉綠素和類胡蘿蔔素）組成，形成一個高度有序的複合體。 LHCII的主要功能是捕獲太陽光能量並將其轉換為化學能。它吸收光子並將激發能傳遞給光系統II（PSII）的反應中心，促進水分子的光解並釋放氧氣。 LHCII不僅是光能的捕獲者，還參與調節植物對光環境的適應。它在非光化學淬滅（NPQ）過程中起著重要作用，這是一種保護機制，用於在強光條件下避免對光合作用系統的損害。 LHCII的組裝和聚集狀態可以根據光照強度和其他環境因素進行動態調節。在不同的環境條件下，它會通過改變其聚集狀態來調整對光能的捕獲和利用效率。過去的研究發現，在高光照狀況下，光反應的電子傳遞鏈趨於飽和，使還原態的質體醌（PQH 2 ）累積，活化捕光複合體II激酶（LHCII protein kinase）。LHCII激酶活化後便會去磷酸化LHCII，使其離開光系統II。捕光複合體II離開光系統II後，傳遞至光反應電子傳遞鏈的電子減少，PQH 2 慢慢減少，減少到一定程度後便會活化LHCII磷酸酶（LHCII phosphatase），讓捕光複合體II回來。 LHCII也參與類囊體膜的組織結構，協助確保有效的能量轉移和光合作用的最佳化。 總而言之，LHCII是一個多功能的蛋白質複合體，對於植物的光合作用和對光環境的適應非常重要。 最近的研究報告探討了植物細胞膜中光合作用的主要捕光複合體（LHCII）的聚集現象。研究團隊通過單分子測量、LHCII蛋白質脂質體（proteoliposo

  野生堇菜。 圖片來源： 維基百科 過去這些年，或許是因為棲息地減少、都市化程度增加、全球暖化、極端氣候、農藥使用等原因，許多研究都提到昆蟲的數量減少。一項研究發現，昆蟲種類的整體數量每年約下降0.3%。這個數字雖然看似不高，但它指出了包括常見物種在內的顯著損失，並暗示某些稀有物種的處境可能更為嚴峻（van Klink et. al., 2023）。而2020年的一項綜合分析，涵蓋了166項研究，估計全球昆蟲族群平均每年下降約0.9%。這項分析顯示昆蟲數量的下降是不均勻的，即使在相同的環境中，下降的速度也各不相同（van Klink et. al., 2020）。 當然，在這些消失的昆蟲中，也包括了授粉者（pollinators），其中最嚴重的大概就是蜜蜂了。在美國，蜂蟎（varroa destructor mites）可能是主要的原因，在2022-2023之間造成了40.7%至56.0%的蜂群損失。 授粉者的減少，對植物會造成什麼樣的影響呢？最近的一個研究提供了答案。 研究團隊研究了巴黎地區四個自然群落的野生堇菜（ Viola arvensis ，為一年生植物，具有混合交配系統，自交兼容），分別於1990年代和2000年代在巴黎盆地的農田中採樣，2021年再次採樣。 每個族群的32個F0植物從葉片中萃取DNA並使用微衛星標記進行基因分型，進行分析以評估遺傳多樣性和自交率的變化。另外，研究團隊還測量了各種形態特徵，包括花冠長度、唇瓣寬度、距長和萼片長度、開花日期、花數、花蜜量和植株的素質特徵。研究團隊也透過比較有無傳粉者情況下的種子產量，評估了繁殖特徵。 另外，研究團隊也把F1植物暴露於商業熊蜂巢穴，以評估傳粉者的偏好。 結果發現，根據11個微衛星標記，祖先和後代人口在等位基因豐富度或遺傳多樣性上沒有顯著差異，除了其中一個地點略有減少。但是，研究團隊觀察到除了一個地點以外，所有地點的自交率均有一致的增加，平均增加27%。 雖然產生種子的能力並未受到影響，但研究團隊發現這些野生堇菜的花朵的花冠變得更小、更不明顯，花蜜產量減少，而這些造成了它對熊蜂吸引力降低。 授粉者的減少可能導致授粉大幅下降，這對野生植物多樣性的維護、更廣泛的生態系統穩定性、作物生產、糧食安全和人類福祉有著重大的負面生態和經濟影響。甚至有報導指出，全球授粉者的損失已

  圖片來源：維基百科 辣椒（chili pepper， Capsicum 屬）是原生於中南美洲的植物。第一個發現辣椒的歐洲人應該是哥倫布（Christopher Columbus，1451-1506），他在1493年一月十五日的日誌裡寫道：「這裡有很多『 aji 』，也就是他們的胡椒（pepper），比黑胡椒還值錢，所有的人就只吃這個，對健康非常有益。每年約可裝滿五十艘輕帆船。」 雖然辣椒並沒有馬上得到重視，但現在辣椒卻成了僅次於鹽的最重要調味料：全世界最常用的調味料是鹽，第二名就是辣椒，用量為胡椒（第三名）的五倍。 辣椒素（capsaicin）辣椒的主要活性成分。它是由約翰·克洛夫·特雷許 (John Clough Thresh)在1876年命名的，後來卡爾·米科 (Karl Micko)在1898年成功從辣椒中分離出純淨的辣椒素。除了用於烹飪增加食物的辣味外，辣椒素還有多種其他用途： 1. 醫療用途: - 局部止痛藥: 辣椒素具有鎮痛作用，通常用於製作外用藥膏或貼片，用於緩解關節炎、神經痛、背痛等引起的疼痛。 - 神經系統研究: 由於辣椒素能特異性地激活感覺神經元中的TRPV1受體，因此在神經科學研究中，它被用來研究疼痛和熱感知機制。 2. 食品工業: - 香料和調味品: 辣椒素作為一種天然香料，廣泛用於提升食品的辛辣口味，例如在辣醬、腌制品和調味包中。 3. 農業: - 生物農藥: 由於辣椒素對許多農業害蟲有驅逐或殺滅作用，因此在有機農業中，它常被用作一種天然農藥。 4. 非致命武器: - 防狼噴霧: 辣椒素是防狼噴霧的主要成分，能夠快速致使攻擊者暫時失明和感到劇烈疼痛，從而提供自衛機會。但是常常被錯誤地翻譯成「胡椒」噴霧。 5. 化妝品工業: - 促進血液循環: 在某些化妝品和頭皮護理產品中，辣椒素被用於刺激血液循環，有助於促進頭皮健康和頭髮生長。 這些用途展示了辣椒素在多個領域中的多功能性和實用性。 目前世界上辣椒素的生產主要靠從辣椒中直接萃取和化學合成： 1. 從辣椒中萃取: - 直接從辣椒中萃取辣椒素是一種常見的方法。這種方法通常涉及使用溶劑如醇類或酮類來萃取辣椒素。這種方式的優點在於產品是天然來源的，對於食品和化妝品行業來說這一點特別重要。 -

  圖片作者：ChatGPT 草莓（strawberry， Fragaria × ananassa ）是廣受喜愛的水果，採草莓也是非常受歡迎的活動。在台灣，每年秋冬是草莓季，總可以看到路邊出現「採草莓XX元」的招牌。大人小孩拎著籃子，徜徉在草莓園裡，看到成熟的草莓小心地摘下。大人通常會比較擔心農藥的問題，只是採摘而較少當場食用；小孩則多半無法抗拒紅紅草莓的誘惑，當場就在園中大快朵頤。 但是你知道嗎？現代栽培的草莓品種主要是八倍體。這意味着它們的細胞中含有八套染色體（共56條）。雖然多數現代栽培草莓是八倍體，但也存在其他倍性的草莓品種。草莓屬（ Fragaria ）包括多種不同倍性的品種，從二倍體到十倍體不等。這些不同倍性的品種反映了草莓在進化和育種過程中的多樣性。 根據文獻記載，法國上校Frézier在18世紀將 F. chiloensis subsp. chiloensis 從智利康塞普西翁帶到法國。大約在1750年代，歐洲發生了 F. chiloensis subsp. chiloensis 和 F. virginiana subsp. virginiana 之間的最初雜交。這個由人類選擇的雜交品種，即 F. × ananassa ，於19世紀初回到北美。在1800年代，北美的先驅育種者進行了進一步的交叉育種。 不過，在法國上校Frézier將 F. chiloensis subsp. chiloensis 帶到法國之前，當地的南美原住民應該已經在種植這種草莓。 F. chiloensis 原產於南美洲，特別是智利的太平洋沿岸地區，而當地的人們有著悠久的種植和利用草莓的歷史，可能有一千年。這些原住民利用 F. chiloensis 的野生種和地方品種作為食物來源，並可能已經進行了早期的選擇性栽培，影響了草莓品種的特性和多樣性。因此， F. Chiloensis 在被帶到歐洲之前，已有其自身的栽培和利用歷史。 F. chiloensis ，特別是其亞種 F. chiloensis subsp. Chiloensis ，原生於南美洲的溫暖、海洋性氣候，因此相比於其他草莓品種，它對寒冷氣候的耐受性較低。這種草莓在其原生棲息地，如智利的海岸地區，適應了溫和且濕潤的氣候條件。 19世紀以後，草莓在美國進行了進一步的育種。其中UF（佛羅里達大學

  保衛細胞。圖片來源： 維基百科 過去已知在不同細胞類型中，細胞質pH和鈣離子濃度有密切相關，但具體的機制仍不清楚。最近發表在《科學》期刊上的研究，研究團隊利用來自偽真菌 Hyphochytrium catenoides 的光門控HcKCR2通道來精確控制質膜上氫離子的流入，從而發現了光活化HcKCR2導致質膜去極化和細胞內pH降低，進而引發來自內質網的鈣離子釋放。這項發現為植物細胞內pH和鈣信號之間的相互作用提供了新的見解。 Hyphochytrium catenoides 是一種異營性的原生生物，在生物學上與真菌相似。該生物的基因已被解碼，並且在其基因體中發現了兩個opsin基因，這兩個基因是自然界中首次發現的光門控鉀通道rhodopsins（KCRs），命名為Hc KCR1和Hc KCR2。這些KCRs與其他已知的channelrhodopsin不同，它們對鉀的選擇性高於鈉。這些發現對於了解和操控神經元的活動提供了新的工具，特別是在光遺傳學領域。 因為這兩個opsin也不使用鈣離子，所以很適合研究鈣離子與氫離子之間的關係。在這個研究，研究團隊使用HcKCR2來作為他們的工具。他們將HcKCR2轉殖到阿拉伯芥的保衛細胞（guard cell）中，然後用光去刺激它。為什麼選用保衛細胞是因為，過去對於保衛細胞中的相關研究，已經提供了非常多的資料。 研究團隊使用了pH指示劑pHuji和鈣離子報告劑R-GECO1來監測氫離子與鈣離子的變化。當HcKCR2被藍光活化後，會觸發質膜去極化，而這個過程需要鈣依賴的SLAC1/SLAH3陰離子通道的協助。 由於HcKCR2並不會讓鈣離子通過，這就意味著在它被光活化之後，看到的鈣離子濃度上升可能是來自於內質網。為了確認鈣離子是從內質網釋放，研究團隊進行了一系列實驗。他們使用了包括鈣離子螯合劑EGTA和抑制內質網鈣幫浦的藥物cyclopiazonic acid (CPA)。當進行光刺激HcKCR2的實驗同時使用這些藥物時，發現CPA可以顯著抑制HcKCR2誘導的鈣離子信號，而pH信號則未受影響。這些實驗結果顯示，HcKCR2誘導的細胞質酸化觸發了內質網釋放鈣離子。使用EGTA也有類似的結果，顯示細胞質酸化後觀察到的鈣離子上升來自於內質網。 最後，研究團隊還發現了這個質膜去極化的過程需要SLAC1/SLAH3陰離子通道。

  圖片來源： 維基百科 之前我們曾經提到過 異質優勢（heterosis） 。異質優勢是指雜交後代相比其父本展現出更好的生長能力、產量、抗性等特性。關於異質優勢有許多理論，但是究竟是哪個理論為真其實也未有定論。 但是雜交的時候究竟對植物產生了什麼影響？除了染色體的大交換之外，有沒有其他基因層面的事件在雜交過程中發生？在最近的研究裡，研究團隊研究了玉米（ Zea mays ）在雜交過程中DNA甲基化的跨染色體互動。研究團隊主要關注CHH甲基化，這是一種在植物DNA甲基化中常見的非對稱甲基化形式。 CHH甲基化是一種在植物DNA甲基化中常見的非對稱甲基化形式。它指得是甲基（-CH 3 ）被添加到DNA序列中的胞嘧啶（C）上，而胞嘧啶後面緊跟著的是非胞嘧啶核苷酸（即H，代表A、T或G）。這種甲基化模式在植物的基因表達調控和基因體穩定性中扮演著重要角色。在CHH甲基化中，甲基化的胞嘧啶不是對稱的，這意味著它們在DNA的兩條互補鏈上並不對應。這種非對稱的甲基化對於維持特定的基因沉默狀態特別重要。 研究團隊比較了F1雜交種和其父本、野生型及回交後代的DNA甲基化狀態。研究結果顯示，雜交觸發了全面性的跨染色體甲基化（TCM）和跨染色體去甲基化（TCdM）變化，特別是在CHH甲基化上。此外，研究團隊還探討了 Mop1 基因突變對這些甲基化改變的影響，發現 Mop1 在啟動CHH甲基化的新表觀遺傳狀態中並不是必需的。這項研究對於理解植物基因组中甲基化模式的變化以及它們如何在雜交中被維持和傳遞提供了新的見解。 Mop1 基因（也稱為 RMR6 ）在植物中的主要功能是參與RNA干擾（RNAi）途徑，特别是在轉位子（TEs）的沉默和調控中有重要作用。透過參與這個途徑， Mop1 基因有助於維持基因體的穩定性和調節基因表現。它透過RNA依賴的RNA聚合酶（RdRP）的活性來執行这些功能，影響小RNA的產生，這些小RNA對於調控TEs的活性和DNA甲基化模式非常重要。因此， Mop1 基因對植物的表觀遺傳調控和基因體完整性具有重要影響。 當 Mop1 基因發生突變時，它可能影響RNAi途徑的正常功能，從而對DNA甲基化模式產生影響。這可能導致基因表現的變化，影響植物的生長發育和對環境的反應。總而言之， Mop1 基因的突變可能會對植物的表觀遺傳調控產生顯著影響。 在

  圖片來源：維基百科 稻熱病（rice blast）是由稻熱病菌（ Magnaporthe oryzae ）造成，稻熱病菌目前不但能感染水稻，也會感染小麥、大麥等。稻熱病感染每年摧毀了可供超過6000萬人食用的水稻，目前已知85個國家有稻熱病發生。 最近的研究發現，稻熱病菌會分泌一個蛋白 MoSPAB1 。這個蛋白質會與水稻的 Bsr-d1 啟動子（promoter）結合並促進其相關基因表現，從而提高稻熱病的感染效率。 研究團隊發現，MoSPAB1 與 Bsr-d1 啟動子結合並促進其相關表現。由於在沒有稻熱病菌時，MYBS1 會與 Bsr-d1 啟動子結合並抑制 Bsr-d1 的表現，這種相反的作用模式引起了研究團隊的注意，他們認為可能存在一種直接的相互作用機制，導致這兩種蛋白競爭性地結合到同一個啟動子上。 為了測試這一假設，研究團隊首先進行了酵母雙雜交實驗，以確定 MoSPAB1 和 MYBS1 是否直接互動。實驗結果顯示，這兩種蛋白之間並未存在著直接的相互作用。這個結果促使他們進一步調查 MoSPAB1 和 MYBS1 是否以競爭方式與 Bsr-d1 啟動子結合。 為了測試他們對 Bsr-d1 啟動子的結合能力，研究者們將純化的 His-MoSPAB1ΔSP 和 GST-MYBS1 蛋白與生物素化的 Bsr-d1 啟動子混合，然後拉下生物素化的啟動子，並進行檢測。 結果發現，儘管 MoSPAB1 與 Bsr-d1 啟動子的結合可能略強於 MYBS1，但它們對 Bsr-d1 啟動子的結合主要是獨立的。進一步的Dual-LUC實驗顯示，添加 MoSPAB1 顯著增加了來自 Bsr-d1 啟動子的 LUC 表達，而添加 MYBS1 則顯著降低了 LUC 表達。當 MoSPAB1 和 MYBS1 同時添加時，大部分 MoSPAB1 對 Bsr-d1 啟動子的增強效應被取消了。這些結果顯示，稻瘟病菌的 MoSPAB1 和水稻的 MYBS1 競爭性地控制 Bsr-d1 表達。 Bsr-d1 啟動子與水稻中的幾個過氧化物酶基因（ LOC_Os05g04470 、 LOC_Os10g39170 和 LOC_Os01g73170 ）有關。這些過氧化物酶參與了過氧化氫的分解，進而影響水稻對病原菌的敏感性。在沒有稻熱病菌感染的情況下，水稻會利用轉錄因子 MYB

  圖片來源： 維基百科 乾旱（drought）對植物短期的影響是很明顯的。但是對植物是否會有長期的影響呢？在人類的研究上曾經發現，飢荒會對基因的甲基化發生影響。對植物是否也會發生一些演化上的影響？ 美國的研究團隊，利用了從標本館收集的一年生車前屬植物（ Plantago patagonica ）的種子，在溫室條件下種植。 這些種子來自於2003年至2014年間在亞利桑那州北部五個地點採集的樣本。這些種子代表了「乾旱前」的基因型，並與2019年秋季在相同地點採集的「乾旱後」基因型進行了比較。這次乾旱期約持續了5至16年，表明這些標本館種子在被用於實驗前存放了5至16年。 研究團隊進行了以下的比較研究： 1. 資源分配比較：研究比較了後代與祖先植物在生殖和植物組織上的資源分配。 2. 生長和繁殖特徵：分析了植物的種子數量、種子質量、葉子質量和生殖努力等特徵，並與祖先植物進行了比較。 3. 抗旱能力：透過實驗，研究評估了後代植物在模擬乾旱環境下的存活能力，並與祖先植物進行了比較。 其中資源分配比較實驗的進行方式如下： 植物生長條件: 所有植物（祖先和後代）在溫室中共同生長條件下培育，以確保環境因素的一致性。 水分處理: 實施不同的水分處理，包括「濕潤」、「中等」和「乾燥」，以模擬不同的水分狀況。 接著研究團隊測量種子數量、種子質量、葉質量和生殖努力（總地上生物量中分配給種子質量的比例）。並使用統計方法分析資源分配的差異，包括生殖組織和植物組織（地上和地下）的投資變化。 研究團隊發現，後代植物群體在資源分配上發生了顯著變化，相比於祖先植物，它們在繁殖組織上的投資減少，而在地上和地下的植物組織上的投資增加。另外在抗旱能力實驗中，祖先植物與後代植物顯示出了差異。這些差異反映在他們對乾旱環境的適應能力上，其中後代植物展現出更好的適應性和存活能力。這說明了植物在面對乾旱等極端環境壓力時的迅速進化和適應性變化。 這些結果證明了在特定情況下，標本館的種子可作為未來復活實驗的未開發來源。當然，也證明了有時候例行的採集與保存也會出現意想不到的價值喔！ 參考文獻： Christie K, Pierson NR, Holeski LM, Lowry DB. Resurrected seeds from herbarium specimens reveal

  圖片來源： 維基百科 最近COP28剛剛簽完協議。令人欣慰的是，大家終於同意可以慢慢（有點太慢）讓化石燃料退場，但是大家大概也心照不宣：升溫1.5度C是跑不掉了。 我們即將面對一個更熱更無常的地球。 面對這樣的世界，究竟會發生什麼事呢？很重要的一件事是，對我們非常重要的森林，能不能繼續幫助我們？過去有許多研究發現，在森林將死亡的時候，它們不但不能固碳，可能還會釋放出更多的二氧化碳，造成氣候的變化更劇烈。這樣的狀況會不會發生呢？ 最近有一群科學家探討氣候變化對森林生態系統的影響，特別是在不同水分和能量可用性下樹木的生長敏感性。研究團隊分析了超過660萬個樹木年輪，使用了一種稱為樹木年輪學（dendrochronology）的技術來研究樹木的生長。這項技術涉及分析樹木的年輪，以了解過去的氣候條件和環境因素如何影響樹木的生長。透過大量的數據收集和分析，他們能夠評估不同條件下樹木對環境變化的反應。這種方法使研究團隊能夠準確地追蹤和解釋過去數百年間樹木生長的歷史和趨勢。 研究團隊通過比較不同地區（濕潤和乾燥地區）樹木的年輪厚度，能夠識別出樹木生長對水分變化的敏感性。研究團隊發現，在濕潤地區生長的樹木在乾旱時期的生長受到更大的影響，相比之下，乾燥地區的樹木對乾旱有更好的適應性。這是因為濕潤地區的樹木較少經歷乾旱，因此對此更為敏感。 研究團隊使用了氣候水平衡方程式，用來描述和計算一個特定地區水分狀態。這些方程式考慮了降水、蒸發、植物蒸散和土壤水分等因素，從而提供了對該地區水文週期的整體理解。氣候水平衡方程式通常用於氣象學、水文學和生態學研究。 具體而言，氣候水平衡方程式通常包含以下元素： 降水（Precipitation）：這是水分進入系統的主要方式，包括雨水和雪水。 蒸發（Evaporation）：水分從地表和水體（如湖泊和河流）蒸發到大氣中。 蒸散（Transpiration）：植物從土壤吸收水分並通過葉片釋放到大氣中的過程。 土壤水分（Soil Moisture）：土壤中的水分含量，影響植物可用水量和地下水補給。 氣候水平衡方程式的核心是平衡這些不同的水分流動。例如，PET（Potential Evapotranspiration）是指在理想條件下（水分供應充足時）植物和土地表面可能失去的水分量。而CWD（Climatic Water

  圖片作者：ChatGPT CRY2（CRYTOCHROME 2）是一種植物藍光受器，在植物對光環境的感知和反應中扮演著重要角色。 CRY2能夠感應藍光的存在並在植物細胞內傳達光信號。它包含兩個主要區域，一個是光敏色素同源區（PHR），負責光的感應；另一個是CRY C-terminal Extension（CCE），在與其他蛋白質的交互作用中扮演重要角色。 在光照條件下，CRY2會被活化，進而影響植物的多種生理過程，包括但不限於葉綠素的合成、開花時間的調控、光週期感應和生長發育。 CRY2活化後能與其他蛋白質進行互動，影響這些蛋白質的功能，從而在植物對光照的反應中發揮核心作用。 總而言之，CRY2是植物光感應系統的一個重要組成部分，對於植物適應光環境變化和正常生長發育具有關鍵作用。 最近的一項研究主要關注了CRY2、SPA1和FIO1這三種蛋白質在阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）中的相互作用，特別是在光照條件下這些蛋白質如何影響植物的葉綠素平衡和mRNA的甲基化。 研究團隊發現，作為光受器的CRY2在光照下被活化，並與SPA1和FIO1形成三分子凝聚體。這種互動對植物對光線的反應非常重要，包括影響葉綠素的合成。當研究團隊使用CRY2D387A（對光不敏感的CRY2突變體，其第387個胺基酸發生突變）時，它不會像正常的CRY2那樣在光照下形成凝聚體，顯示這三者的互動需要CRY2被光活化。 SPA1與CRY2會一起調節光依賴的mRNA甲基化。當缺少SPA基因時，如 spa123 和 spa134 突變體，植物顯示出低葉綠素性狀，顯示SPA基因在維持葉綠素平衡中非常重要。此外，這些突變株在藍光引起的mRNA甲基化方面也表現出受損，顯示SPA基因對於光感應下的mRNA甲基化過程的重要性。因此，當缺少SPA基因時，植物的葉綠素合成和mRNA甲基化過程可能受到影響，導致植物顏色變淡。 FIO1是一種mRNA甲基轉移酶，與CRY2的CCE區域發生互動。當CRY2活化後，它會與FIO1互動並將其活化。被活化的FIO1促進了特定mRNA（尤其是它們的3′非轉譯區）的m6A甲基化，使葉綠素的合成增加和其他光依賴過程活化。 總之，這項研究顯示了植物如何在分子層面上回應光環境的變化，特別是在調節葉綠素合成和基因表達方面。CRY

  印度豬籠草。圖片來源： 維基百科 在所有的食蟲植物裡，豬籠草應該是最被動的了。豬籠草張開他的籠子，等著路過的小蟲一不小心失足滑落，然後就淹死在籠子底下的「水」裡。聽起來真的很被動，對不對？ 事實上，有些豬籠草也是會耍心機的！我們之前曾經分享過的 萊佛士豬籠草 ，他會每天有幾個小時保持乾燥，讓路過的小蟲失去戒心，跑進去玩耍，然後就一不小心淹死了。而 小豬籠草 更厲害，還讓自己的「籠蓋」會向內彈射，讓小蟲被打進去。所以說，他們也沒有那麼被動，不是嗎？ 最近的研究發現印度豬籠草（ Nepenthes khasiana ）的獨特捕食機制。這種豬籠草又名卡西豬籠草，是印度特有的熱帶食蟲植物。其種小名源自於卡西丘陵。過去發現，這種豬籠草會發出藍色螢光，還會釋放二氧化碳來吸引昆蟲。 研究團隊深入研究後發現，印度豬籠草的心機多著呢！它的花蜜不像之前認為的是對昆蟲的獎勵或只是單純的引誘，而是一種「有毒的誘餌」。印度豬籠草的花蜜含有一種神經活性化合物，能抑制昆蟲的乙醯膽鹼酯酶（acetylcholinesterase），從而阻礙昆蟲的神經活動和飛行能力。 研究人員使用高效液相層析（HPLC）和質譜分析來分析豬籠草的花蜜成分，從中發現了神經活性化合物——(+)-isoshinanolone。接著，他們進行了一系列的行為實驗，觀察昆蟲在接觸這種花蜜後的行為變化。研究團隊發現，在豬籠草裡收集到的螞蟻幾乎測不到乙醯膽鹼酯酶活性，顯示這種花蜜極有可能是藉著抑制乙醯膽鹼酯酶，來影響昆蟲的運動能力和飛行能力，從而證明了其神經毒性作用。 當昆蟲接觸到印度豬籠草的花蜜後，花蜜中的神經活性化合物會影響牠們的神經系統。這種化合物抑制昆蟲的乙醯膽鹼酯酶活性，導致神經傳導受阻。因此，昆蟲的運動能力和飛行能力會受到嚴重影響，讓牠們無力掙扎，於是就淹死在籠子底部的「水」裡。這種獨特的捕食策略使豬籠草能夠有效地捕捉到這些受影響的昆蟲，從而獲得額外的營養來源。 此外，印度豬籠草還通過特殊的物理和化學特性吸引和俘獲獵物。例如，它們的花蜜富於糖分，但缺乏胺基酸和維生素C，這與大多數植物的花蜜成分不同。这些發現顛覆了我們對豬籠草花蜜作為「獎勵」或「誘餌」的傳統看法。 （這個研究還沒有經過同儕審核，事實上，有些研究者表達他們希望可以看到更多證據。） 參考文獻： Chandni Chan

  圖片來源： 維基百科 香蕉（ Musa ssp .）是全球最大的單子葉植物（最高的是竹子），也是重要的水果與糧食作物。現在市面上的香蕉，幾乎都是Cavendish品系（華蕉），而過去則是Gros Michel（大米七）。 為什麼會從耐得住運輸的大米七換到華蕉，就不得不提到可怕的尖孢鐮刀菌（ Fusarium oxysporum f. sp. cubense （Foc））。這種真菌造成香蕉的黃葉病（又名巴拿馬病），在二十世紀初開始在中美洲的香蕉園肆虐。 由於大米七對於尖孢鐮刀菌完全沒有抵抗力但是華蕉有，所以在標準水果公司開始改種華蕉後，大家也紛紛改種了。 但是快樂的日子總是不會長久。到了1991年，尖孢鐮刀菌又捲土重來了。這麼一來，科學家們才發現，原來之前危害大米七的是熱帶第一型（Foc 1），而這次現身的是熱帶第四型（Foc 4）。熱帶第四型連華蕉都無法抵抗。 當然，培育可以抵抗熱帶四型的新品系是有必要的（而且台灣已經成功培育出兩個品系：台蕉5號與台蕉7號），但是深入瞭解究竟為何有些香蕉可以抗病、有些就不行，也非常重要。為什麼呢？因為瞭解了其中的機制，就可以在未來育種時更有效率。 最近發表在《自然遺傳》（Nature Genetics）上的論文，就是試圖解開這個謎題。 研究團隊仔細分析了大米七與華蕉的基因體。這兩個品系的香蕉，雖然都是由相同的三種香蕉Ban (Banksii)，Dh (DH-Pahang)，和Ze (Zebrina)​組成的，但是基因體的大小卻有差別。華蕉的基因體明顯地較大。 研究團隊最關心的是，為什麼二十世紀初尖孢鐮刀菌出現的時候，大米七應風而倒？研究團隊發現，在大米七的Ze亞基因組中，少了RGA2基因的RLP區位，這是對Foc 1型抵抗所必需的。研究團隊認為，這個RLP區位可能來自於Zebrina基因組，它的缺失部分解釋了大米七對Foc 1型的易感性。 至於為何這些香蕉都無法抵抗熱帶四型，可能是因為不論是大米七或華蕉（還有許多香蕉品系），在Rga2基因上游有個轉座子插入，導致RGA2基因無法表現。由於RGA2基因的表現量與對熱帶四型的抗性強烈相關，所以這個發現對於瞭解為何熱帶四型如此恐怖有相當大的幫助。 另外，研究還發現了控制香蕉成熟過程的關鍵基因。香蕉的成熟過程涉及兩個正回饋循環，一個涉及乙烯的合成，另一

  圖片作者：ChatGPT 水稻（ Oryza sativa ）是世界上非常重要的糧食作物，它的產量受多種因素影響，其中氮肥的使用是提高產量的關鍵之一。 為了瞭解究竟要怎麼適當施肥，中國的研究團隊使用了兩種水稻品系：DF114（東富114）和LD11（龍稻11）。這兩個品種具有相似的生長周期，但是DF114是穗重型（PWT）品種，而LD11則是穗數型（PNT）品種。也就是說，DF114的產量主要受穗重的影響，而LD11的產量則主要受穗數的影響。 實驗採用完全隨機區組設計，包括三重複。氮肥策略作為主要處理，水稻品種為子處理。每個實驗區域長8公尺、寬6公尺，行距30厘米，垄距13.3厘米，每壟種植兩株稻苗。主實驗區域用堤岸分隔。種子於2021年4月16日和2022年4月16日播種。在四葉期選擇生長相似的秧苗，分別於2021年5月18日和2022年5月17日移栽。 研究團隊使用了五種不同的氮肥處理策略： N0：不施用氮肥 N1：農民常規氮肥策略（基肥：分蘖肥比例為6:4） N2：基肥：分蘖肥：穗肥比例為6:2:2 N3：基肥：分蘖肥：穗肥比例為5:3:2 N4：基肥：分蘖肥：穗肥比例為4:3:3 氮肥以尿素（46%）形式施用，總施氮量為150公斤/公頃，基肥施用90公斤/公頃。此外，還施用鉀肥作為基肥和穗肥。 基肥施用於水稻的播種階段。種子分別於2021年4月16日和2022年4月16日播種。分蘖肥施用於水稻的分蘖期，通常是在播種後的30至50天左右，具體時間取決於水稻的生長速度和環境條件。穗肥施用於水稻的生長轉換期，即從植物的莖葉生長轉向穗部和稻米的生長。在這項研究中，通常發生在移栽後大約50天左右。 DF114和LD11兩種水稻品種在不同氮肥處理下的最終產量（單位：噸/公頃）如下： DF114： N0處理：3.92 N1處理：7.62 N2處理：8.03 N3處理：8.19 N4處理：8.4 LD11： N0處理：4.14 N1處理：7.5 N2處理：8.05 N3處理：8.21 N4處理：7.94 從這些數據中可以看出，對於DF114品種，N4處理（基肥：分蘖肥：穗肥比例為4:3:3）下的產量最高。而對於LD11品種，N3處理（基肥：分蘖肥：穗肥比例為5:3:2）下的產量最高。 研究團隊發現，不同的氮肥施用

  圖片作者：ChatGPT 隨著氣候變遷、全球暖化，許多農作物都面臨減產的危機。這時候，培育出具備抗旱、耐熱、抗澇等特性的品種，已經成為一種必要。 但是，目前的品系的基因體，可能都不含有這些基因，怎麼辦？ 「禮失而求諸野」，只好從農作物的野生親戚們去尋了。但是，如果能先瞭解一下這些野生親戚裡面有什麼基因，是不是可以防止做白工呢？所以，科學家們就開始研究這些農作物的野生親戚的基因體了。 最近，科學家們完成了一個小麥的野生親戚，山羊草家族 Aegilops umbellulata 的基因體。 Aegilops umbellulata 這種植物擁有14條染色體（2n = 2x = 14，UU基因組）。其基因組的總組裝大小為4.25 Gb。預測共有36,268個基因，而重複序列佔了82.3％。 Aegilops umbellulata 的基因組被稱為U基因組。研究團隊發現，與小麥的基因體比較，染色體4、6與7有許多相互易位、倒位與染色體內易位。而這個基因組的幾個基因，如 Lr9 、 Lr76 、 Yr70 與 PmY39 都是重要的抗病基因，其中 Lr9 （葉銹病抗病基因）已經被選殖出來。 它的重複序列佔比極高，大致上包括了以下幾大類： 長終端重複子（LTR）：佔比約 17.25% 終端反向重複子（TIR）：佔比約 34.60% 非TIR子：佔比約 17.40% 其他類型的轉座子，包括CACTA、Mutator、PIF_Harbinger、Tc1_Mariner、hAT和helitron，它們的佔比分別為2.45%、1.95%、0.95%、3.14%、0.41%和4.16% 這麼高比例的重複序列，雖然不知道到底原因是什麼，但還是值得注意一下。 瞭解了 Aegilops umbellulata 的基因體，可以幫助我們在未來育種的時候能更有效率地進行。 參考文獻： Abrouk, M., Wang, Y., Cavalet-Giorsa, E. et al. Chromosome-scale assembly of the wild wheat relative Aegilops umbellulata. Sci Data 10, 739 (2023). https://doi.org/10.1038/s41597-023-02

  圖片作者：ChatGPT 身為光合自營生物，植物的發育當然會受到光的調節。近代生物技術的進步，讓我們瞭解更多的生物機制，也讓我們可以更仔細地去觀察種種發育現象。 最近，由鄧興旺老師率領的團隊，以阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）為樣本，使用了五種不同的光照條件來研究光照對植物幼苗細胞命運的影響： 1. 持續黑暗（Dark）：植物種子在完全黑暗的環境下生長。 2. 持續光照（Light）：植物種子在持續的白光環境下生長。 3. 黑暗轉光照1小時（D2L1h）：在黑暗條件下生長的植物被轉移到白光下1小時。 4. 黑暗轉光照6小時（D2L6h）：在黑暗條件下生長的植物被轉移到白光下6小時。 5. 黑暗轉光照24小時（D2L24h）：在黑暗條件下生長的植物被轉移到白光下24小時。 在持續黑暗條件下，氣孔細胞發育異常，密度較低，許多細胞仍保留在前體階段。相對於光照條件，黑暗條件下氣孔細胞的形成過程受到抑制。維管組織的分化也受到抑制，與持續光照條件相比有顯著差異。 在持續光照條件下，光照促進了保衛細胞（GCs）的發育，這與黑暗條件下氣孔細胞異常、密度低、許多仍保留為前體階段的情況形成了對比。維管組織的分化在持續光照條件下得到了促進。 當在黑暗條件下生長的阿拉伯芥幼苗轉移到白光下1小時、6小時、24小時後，植物的子葉會開始擴展並變成綠色，頂端鉤狀結構會開展，子葉開始發育。 為了進一步研究這些變化，研究人員對這些處於不同光照條件下的阿拉伯芥幼苗進行了單細胞RNA序列分析（scRNA-seq）。這有助於解答細胞層面上在不同光照條件下的轉錄變化情形。 除了觀察光對於保衛細胞與維管束發育的影響，研究團隊也使用了四個PIFs的突變株，來觀察在缺少PIF時植物的發育。PIF是「光敏素互動因子」（phytochrome interacting factor）的簡稱，當初是以光敏素去進行雙雜交實驗（two-hybrid screening）找到的一群基因。許多是轉錄因子，負責調節特定基因的表達。 研究團隊觀察的PIF包括 PIF1 、 PIF3 、 PIF4 和 PIF5 ，這些統稱為PIF四重奏。這些PIF轉錄因子是光形態發生中的核心負調節因子。缺少這些PIF家族成員的四重突變株（ pifq ）在黑暗中呈現出持續的光形態發育表型（就是有看

草苗龜。圖片來源： Bulbagarden   在1950-1970年間，一名哥倫比亞的神父Padre Gustavo Huertas在Villa de Levya收集化石。其中有兩個化石，他在下白堊紀的拉帕哈地層（La Paja Formation）發現，鑑定後認定應該是一種蕨類植物「 Sphenophyllum colombianum 」。 但是，這種蕨類在當地，大約在一億年前就消失了。如果真的是蕨類，那也太厲害了。 於是，科學家們決定重新看一下這些化石。他們採用了詳細的顯微鏡分析和比較研究。在仔細觀察了化石的微觀結構，比較了這些結構與已知的海龜背甲特徵，包括分析骨骼的微細紋理、形狀、以及它們之間的相互關係。通過這些仔細的比較和分析，科學家們發現它們其實是小海龜的背甲。 由於這是當地第一個關於小海龜的化石報告，所以科學家們非常開心。但也因為這個化石一度被認為是蕨類，所以他們給這個化石取了一個綽號：草苗龜（Turtwig），一種寶可夢（Pokemon）。 參考文獻： Héctor Palma-Castro, Diego Cómbita-Romero, Edwin-Alberto Cadena, Mónica Carvalho, Fabiany Herrera. An Early Cretaceous Sphenophyllum or a hatchling turtle? Palaeontologia Electronica, 2023; DOI: 10.26879/1306

  圖片來源： 維基百科 水通道蛋白（Aquaporins）是一類特殊的膜蛋白，存在於許多生物的細胞膜中。它們的主要功能是調節水分子在細胞膜上的快速通過，從而控制細胞內外水平衡。這種蛋白質對於維持細胞的正常功能非常重要，因為水分子的運輸對於許多生理過程都是必要的。 水通道蛋白具有高度選擇性，它們只允許水分子通過，阻止其他分子或離子穿越。這種選擇性確保了細胞內外的水分和離子濃度保持在合適的平衡狀態。除了水分，一些水通道蛋白還可以運輸其他小分子，比如某些氣體（如氨）或小分子（如尿素）。 在植物中，水通道蛋白的作用尤其重要，因為它們參與了從根部到葉片的水分運輸，有助於植物對環境刺激的反應，比如乾旱或鹽分逆境。 水通道蛋白是由美國生物學家彼得·阿格雷（Peter Agre）在1992年發現的。當時他注意到，有些細胞中水的擴散非常地快，並且可以被汞離子可逆地阻斷。這顯示可能有一種未知的蛋白質在掌控著水的擴散。最終，他發現並將這種蛋白命名為「水通道蛋白」。這一發現為理解細胞水分運輸的機制提供了重要的貢獻。因為他在水通道蛋白的研究上的開創性工作，彼得·阿格雷於2003年與羅德里克·麥金農共同被授予諾貝爾化學獎。 所以，過去的研究發現的水通道蛋白，大多只能運輸水分，只有少數可以運輸氣體或小分子；最近的研究發現了大麥中的一種特殊的蛋白質，稱為大麥類囊豆蛋白26型內在蛋白（HvNIP2;1）。這種蛋白質屬於水通道蛋白家族，所以當然會幫助水分穿越細胞膜。但是與其他類似蛋白質不同的是，大麥的HvNIP2;1還可以運輸多種其他物質，包括不同類型的糖和酸。 研究人員發現HvNIP2;1能運送水以外的物質，主要是透過在脂質體（liposomes）中重組HvNIP2;1並進行一系列的實驗。他們使用停流散射光譜術（stopped-flow light scattering spectrophotometry）和非洲爪蟾卵母細胞（Xenopus laevis oocytes）膨脹試驗來評估HvNIP2;1的水和溶質滲透性。這些實驗顯示了HvNIP2;1可以滲透多種物質，包括硼酸、鍺酸、蔗糖和乳糖，但不包括D-葡萄糖或D-果糖。此外，研究還通過分子對接實驗（molecular docking）探討了蔗糖在HvNIP2;1中的滲透機制，發現蔗糖可以在蛋白質通道中與多個胺基酸形成交互作

  作者：ChatGPT 我們的飲食中，水果和蔬菜扮演著重要角色，不僅因為它們豐富的口感和顏色，更因為它們含有對我們健康至關重要的礦物質。但你知道嗎？根據一項英國研究發現，近80年來，英國的水果和蔬菜中，這些關鍵礦物質的含量發生了顯著變化--它們變少了！ 研究團隊發現，分析了29種蔬菜與水果，包括甘藍菜、胡蘿蔔、花椰菜、芹菜、黃瓜、韭菜、生菜、蘑菇、洋蔥、豌豆、馬鈴薯、蘿蔔、豆子、番茄、西洋菜、酪梨、香蕉、黑莓、蘋果、葡萄、葡萄柚、柳橙、梨、鳳梨、李子、覆盆莓、草莓，並將它們的礦物質含量數據與1940、1991相比。研究結果發現，從1940年到2019年，英國水果和蔬菜中的一些主要礦物質，例如鈉、鐵、銅和鎂的含量普遍下降了。鈉(Na)減少了52%，鐵(Fe)減少了50%，銅(Cu)減少了49%，以及鎂(Mg)減少了10%。這意味著，相比於80年前，現在我們從這些食物中獲得的這些重要營養素變少了。同時，研究還指出，這些食物的水分含量略有增加（1%）。 為什麼會有這種變化呢？研究團隊認為可能有多種原因。其中包括農業育種上選擇了高產量但忽略了礦物質含量，導致選出了礦物質含量較低的作物品種；另外農業方法的轉變，比如減少土壤有機物的使用；以及環境因素，例如氣候變化對作物生長的影響。 這些變化對我們的健康和飲食習慣可能有著深遠的影響。水果和蔬菜是我們獲取必需礦物質的主要來源之一，這些礦物質的減少可能對我們的整體營養攝取造成影響。同時，這也提醒農業生產者，需要關注作物品種的營養價值，以及永續農業的重要性。 為了應對這一挑戰，研究團隊建議定期分析水果和蔬菜的營養質量，並與過去的數據進行比較。此外，對於消費者而言，選擇多樣化的飲食，並關注食物的整體營養質量也同樣重要。透過這些方式，我們不僅能提升自身的營養健康水平，也能為推動永續的農業生產方式出一份力。 參考文獻： INTERNATIONAL JOURNAL OF FOOD SCIENCES AND NUTRITION 2022, VOL. 73, NO. 3, 315–326 https://doi.org/10.1080/09637486.2021.1981831

  Synechococcus. 圖片來源： 維基百科 藍綠菌（cyanobacteria）是一群格蘭氏陰性的微生物，生活在池塘裡。它們因為有光合色素，所以可以進行光合作用。與高等植物不同的是，藍綠菌可以生活在比較不那麼舒適的環境下。 最近這些年，藍綠菌變得比較熱門，主要是因為可以利用它們來製造生質能源。透過許多人的努力，也已經建立了一些可以轉殖以及製作突變藍綠菌的方法。 最近有一個研究，筆者推測研究團隊應該是對乙醯轉移酶（acetyltransferase）有興趣，但是卻誤打誤撞踩進光合作用的領域裡。 怎麼說呢？因為研究團隊是先用相似性搜尋，把藍綠菌Synechococcus sp. PCC 7002裡面的離胺酸乙醯轉移酶（KAT，lysine acetyltransferase）都找出來，然後再測試這些基因，看它們所產製的蛋白質有沒有KAT活性。 其中有一個，一開始被稱為A1596，不論在細胞裡或在試管裡，都有KAT的活性。於是他們就感興趣了，接著看看這個基因（被改名為cGNAT2，Gcn5-related N-acetyltransferase）到底會乙醯化什麼蛋白質。 序列分析發現藍綠菌裡面有548個蛋白質都可能會被它乙醯化。這麼多當然不可能全中，但是其中有一個基因是NAD(P)H dehydrogenase J（NdhJ）。 進一步的測試發現cGNAT2在細胞裡面也會乙醯化NdhJ。NdhJ在藍綠菌裡面負責許多功能，包括光合作用的電子傳遞（從水到NADP＋）與光呼吸作用，可能還參與了光保護作用（photoprotection）以及二氧化碳固定。研究團隊發現，當NdhJ被乙醯化（乙醯化的位置在第89個胺基酸「離胺酸」）以後，它的活性會下降。 那麼，如果沒有了cGNAT2，NdhJ就不能被乙醯化，會發生什麼事呢？ 研究團隊就把cGNAT2這個基因給砍掉了，然後來看看這樣的藍綠菌會怎麼樣。 結果發現，少了cGNAT2的藍綠菌長得慢，而且本來這個藍綠菌在提供光源又給外部碳源（如甘油）的狀況下可以長得蠻快，但是缺少了cGNAT2的藍綠菌，即使又有光又有甘油，它還是長得很慢。 所以，總而言之，這個離胺酸乙醯轉移酶cGNAT2與光合作用有關，而過去在研究高等植物的光合作用時，並沒有發現乙醯化這種轉譯後調控（post-transla

  作者：ChatGPT 當我們漫步在森林中，很少會想到腳下的橡果和四處奔跑的鼠類之間，存在著一場微妙的生存競爭。這場競爭不僅關乎生命的存亡，更顯示了大自然中植物與動物間錯綜複雜的互動關係。 橡果擁有一種獨特的生存策略。當它們面臨被啃食的危險時，會加速發芽。研究發現，這種加速發芽的現象，實際上是由植物荷爾蒙——吉貝素（GA）和離層酸（ABA）——所調控的。 另一方面，鼠類在選擇橡果時，會根據橡果的發芽狀態來做出決定。它們傾向於吃掉已經發芽的橡果，而將未發芽的橡果藏起來以備不時之需。這種選擇行為，似乎是基於對橡果發芽狀態的直觀判斷。 研究團隊進行了以下的幾個實驗： 研究團隊將橡果提供給小泡巨鼠（ Leopoldamys edwardsi ）食用，觀察它們對橡果的食用程度。隨後將這些橡果種在室外，記錄不同處理的發芽時間、發芽比例和根長。 結果顯示，小泡巨鼠更傾向於從橡果的底部開始食用，而非從頂部或中間部分。橡樹種子（ Q. variabilis ）被小泡巨鼠部分食用後，其發芽時間和發芽比例與未被食用的種子有顯著差異。在64天內，所有處理組的橡果都發芽了。部分被食用的橡果與未被食用的橡果在發芽時間上存在顯著差異。與完整無損的橡果相比，被啮齒動物食用過的橡果發芽時間更短，且發芽比例更高。在種子出土後的18天內，不同處理組的根長存在顯著差異。被啮齒動物部分食用的橡果比完整無損的橡果根長更長。不過，發芽率沒有顯著差異。 所以，這些結果顯示小泡巨鼠部分食用的橡果比未被食用的橡果更容易且更快地發芽，而且這些發芽的橡果具有更長的根。 然後，研究團隊對不同程度人工損傷的橡果（模擬小泡巨鼠損傷）進行水分吸收實驗，測量其重量增加速率，並分析這些橡果中的植物荷爾蒙。 結果顯示，不同處理組之間的水分吸收率存在顯著差異。有損傷的橡果其水分吸收情形高於沒有損傷的橡果。也因為水分吸收狀況較佳，所以將橡果底部的一半移除和保持完整種皮的橡果的發芽比例都高於完整橡果組。 在自然條件下，發芽的橡果中的幾種荷爾蒙（包括吉貝素GA4、ACC、茉莉酸JA和離層酸ABA）的含量顯著高於完整的橡果。同樣，部分被小泡巨鼠食用的橡果中這些荷爾蒙的水平也顯著高於人工損傷（使用剪刀模擬小泡巨鼠損傷）的橡果。 這些結果顯示，小泡巨鼠的部分食用不僅影響橡果的水分吸收率，還對其內部荷爾蒙含量產生顯著影響，這可

  圖片來源： 維基百科 在人類歷史上，小麥一直是糧食生產的重要作物。從一萬兩千年前被首次馴化，到現在全球廣泛栽培的高產品種，小麥的旅程豐富且引人入勝。最近的一項研究顯示了小麥在現代育種過程中的變化，研究團隊對355種小麥品種進行了全基因組定序。這項大規模的研究不僅涵蓋了175種現代栽培品種，還包括180種不同的土著品種，來自14個國家。 這項研究的發現顯示，相比於古老的土著品種，現代小麥品種的基因多樣性下降。這一變化可能是由於現代育種技術的使用，旨在改善作物的產量和品質。研究者利用先進的基因體學技術，對這些小麥品種進行了深入分析，識別出與小麥重要農藝性狀相關的207個基因位點。 這些性狀包括植株高度、開花時間、穗長度等，這些都是影響小麥產量和適應性的關鍵因素。有趣的是，研究發現許多有益的基因變異在現代栽培品種中更為常見，如「 Reduced height-2 ( Rht2 )」、「 FRIZZY PANICLE ( WFZP )」和「 PHOTOPERIOD 1 ( PPD1 )」。這些基因與小麥的特定性狀有關，例如植株高度、穗型和開花時間。這顯示育種過程已經成功地增加了這些有益基因版本出現的頻率。 此外，研究還發現，在中國和美國的小麥育種中，雖然目標相似，但所選擇的基因有所不同。這反映了不同地區育種策略的差異，以及對不同環境條件的適應性。 具體而言，有些基因在中國和美國兩國的育種計劃中都被選擇了，這些包括控制生長和發育的六個已知基因： Vrn2 、 TaFT3-1 、 TaFT4-1 、 TaGRP-2 、 TaVRT-2 和 TaAGL12 。 另外，在中國 PPD1 （光週期基因）和 Vrn3 （凍害基因）被選擇。在美國，MADS-box基因 TaSEP3-A1 被選擇。 TaGW8-7B 基因的不同同源等位基因在不同國家被選擇， TaGW8-7D 在中國被選擇，而 TaGW8-7A 在美國被選擇。 TaGW8 基因與小麥的穀粒大小（也就是產量）有關。 在所選擇的基因區域中，有5428個基因在中國和美國的育種計劃中都被選擇，顯示了兩國間共享的育種目標。這些基因與植物架構、生長期、澱粉合成、對葉病的抵抗力和最終產品質量等方面有關。 這項研究不僅顯示了小麥基因組的演化過程，也為未來的小麥育種提供了寶貴的資訊。了解這些基因變化有助於我們更好地

  Zea mays ssp. mexicana  圖片來源： flower database 你知道我們今天吃的玉米，其實是來自一段千古愛情故事嗎？從墨西哥的古老山谷到我們的餐桌，玉米的旅程是一段迷人的演化歷程。 長久以來，科學家們認為，玉米只是從大芻草的一個亞種—— Zea mays ssp. parviglumis ——馴化而來。但最新的研究發現，還有另一個角色在背後默默貢獻—— Zea mays ssp. mexicana ，另一種適應於墨西哥中部高原的大芻草亞種。 透過對超過1000個玉米基因組的研究，包括338個新序列化的傳統品種。研究團隊發現在北美和南美的古代樣本、多樣化的傳統品種，甚至是現代自交系中，普遍存在著與 Zea mays ssp. mexicana 的混合。研究團隊分析後發現，玉米在馴化後的約4000年，與 mexicana 發生了交流，這段「浪漫」的結果，讓玉米擁有了更多的基因多樣性。這種混合後的玉米隨後擴散至美洲各地，取代或與原有玉米群體混合。這種次級擴散與玉米飲食成為中美洲地區主食的考古證據大致吻合。 這不僅僅是一場基因的盛宴。這些混合基因在玉米的生長、抗病能力、甚至是籽粒的大小和形狀上，都發揮了關鍵作用。研究團隊估計，現代玉米中有15到25%的基因，來自於 mexicana 的祖先。 最神奇的是，這段古老的基因交流，可能是玉米成為今天我們所知的主食作物的關鍵。透過這種自然的混合，玉米變得更加能適應各種環境，也讓玉米能被擴散得更遠。 這項研究不僅顯示了玉米豐富的歷史，也讓我們意識到，野生作物親緣種對於作物進化的重要性。它們不僅在過去扮演了重要角色，未來在作物育種上也潛藏著巨大的潛力。 所以，下次當你咬下一口香甜的玉米時，或許可以想想，這不僅僅是一顆玉米，而是一段跨越千年的自然奇蹟。 參考文獻： Ning Yang et al. ,Two teosintes made modern maize. Science 382, eadg8940 (2023). DOI:10.1126/science.adg8940

  圖片作者：ChatGPT 我們的環境充滿了各種化學物質，而植物透過各種方式來感應這些物質，從而對環境做出反應。最近的一項研究發現了一個新的機制。 研究團隊發現，當某些特定的化學物質，如氯離子、谷胱甘肽（GSH，glutathione）和昆蟲衍生的引發物（elicitor，如蚜蟲 Brevicoryne brassicae 的萃取物或細菌鞭毛蛋白片段flg22），被引入植物的木質部（xylem），它們會觸發電信號。這個過程類似於人類神經系統中電信號的傳遞，研究團隊發現，要產生這個電信號，需要類穀胺酸受體3.3（glutamate receptor-like 3.3）。 這項研究還進一步探討了這些化學物質如何影響植物的免疫反應。例如，當這些化學物質被引入植物時，它們會刺激茉莉酸（JA，jasmonic acid）的產生。 當研究團隊在植物葉脈中引入了GSH和其衍生物，包括氧化的GSSH和硫芥子油葡萄糖苷代謝產物硫磺芥子油谷胱甘肽時發現，這些化合物在引入植物葉脈後都能夠觸發細胞膜去極化，導致 JAZ10 轉錄水平的增加，這顯示了茉莉酸途徑的活化。 這項發現對於我們理解植物如何感知並回應其周圍環境具有重要意義。它不僅幫助科學家們更深入地理解植物的生理過程，也可能在農業和環境保護方面有所應用，例如，開發新的植物保護策略，或改善作物對環境壓力的抵抗力。 總之，這項研究為我們打開了一扇了解植物與其環境互動方式的新窗口，展示了植物是如何在看似靜態的外表下，進行著複雜而精細的生化溝通。 參考文獻： Yong-Qiang Gao, Hugo Morin, Laurence Marcourt, Tsu-Hao Yang, Jean-Luc Wolfender, Edward E Farmer, Chloride, glutathiones, and insect-derived elicitors introduced into the xylem trigger electrical signaling, Plant Physiology, 2023;, kiad584, https://doi.org/10.1093/plphys/kiad584

  作者：ChatGPT 植物生活在不斷變化的環境中，必須迅速適應各種生物與非生物因素。 CLE肽是植物中一種重要的信號分子，它們在植物與環境互動中扮演關鍵角色。 什麼是CLE肽？ CLE肽（CLAVATA3/EMBRYO SURROUNDING REGION-related peptides）的名稱來源於最初在植物中發現的兩個基因： CLAVATA3 ( CLV3 ) 和 EMBRYO SURROUNDING REGION ( ESR )。這些基因編碼的肽類分子在植物的發育過程中起著重要的調節作用。 CLAVATA3 ( CLV3 )：這是在阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）中最早被發現的 CLE 基因之一，缺少它會使植物有一個膨大的頂端分生組織，看起來很像一根棍子，所以被命名為clavata。 CLV3 與其受體形成的複合物的交互作用對於維持植物分生組織（植物的幹細胞）的正常功能非常重要。 EMBRYO SURROUNDING REGION ( ESR )：這類基因最初是在玉米（ Zea mays ）的胚胎周圍區域發現的。它們在植物早期胚胎發育過程中發揮作用。 CLE肽通常被認為是一類小分子信號肽，大約12-13個胺基酸，它們在植物體內透過特定的受體進行細胞間通訊，從而調控包括分生組織維持、器官形成和應對環境壓力等多種生理過程。CLE肽的命名反映了它們在這些基因中的起源和功能。 某些CLE肽在乾旱條件下表達增加，協助植物通過控制氣孔的開合來減少水分流失。研究顯示，在阿拉伯芥（Arabidopsis）和蘋果（apple）幼苗中，乾旱會導致包括 AtCLE9 、 AtCLE25 和 MdCLE4/5 在內的數個 CLE 基因表達量的改變。特別地， AtCLE25 在擬南芥根部檢測到水分下降時被活化，並通過輸導系統運輸到葉子中，進而觸發一個信號路徑，導致聚集了ABA（脫落酸），從而導致氣孔關閉，減少蒸散作用下的水分流失。這顯示了 AtCLE25 是一個調節對根部水分狀態反應的植物生理適應的系統性信號路徑的一部分。另一個在乾旱誘導下表達的CLE肽是 AtCLE9 ，它在氣孔中表現，其應用或過度表達會導致葉子中氣孔的閉合，從而提高植物對乾旱壓力的抵抗力。  當植物遇到氮、磷或其他養分缺乏時，不同的CLE肽會被激活，幫助植物調整

  梅花。圖片來源： 維基百科 為了適應季節性氣候變化，許多植物會在經歷了冬季的持續低溫後，才獲得開花的能力（稱為春化）。這是一種避免在不利的寒冷條件下開花的策略，以確保繁殖成功。春化後，植物會記住這種冷凍狀態，即使溫度上升，這種記憶也會被保留，直到適合開花的春季到來。 這個過程是通過一種稱為表觀遺傳調控（epigenetic regulation）的方式進行的。在遺傳學中，表觀遺傳是指遺傳信息以外的遺傳調控機制，通常涉及DNA和蛋白質（如組蛋白）的化學修改。這些修改會影響基因的活性，但不會改變DNA序列本身。春化作用中的表觀遺傳調控涉及長期冷暴露導致某些重要基因被抑制或活化，這些基因通常與開花時機的調控有關。 具體來說，阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）的FLC基因在冷暴露前處於高活性狀態，參與這一過程的是各種稱為染色質修飾因子的蛋白質，包括組蛋白乙酰轉移酶、甲基轉移酶、組蛋白去乙酰酶和Polycomb群體（PcG）因子等。這些蛋白質通過修改 FLC 基因附近的染色質來調控其表達。 在冬季低溫之前， FLC 基因區由於組蛋白H3第4和第36個離氨酸的甲基化（H3K4me3和H3K36me3）而處於一個高度活躍的狀態。這意味著它的染色質結構是放鬆的，容易被轉錄。在冬季低溫條件下， FLC 基因所在的染色質區域會發生狀態轉換，從高活性狀態轉變為Polycomb抑制狀態。這是由於VIN3的蛋白質的誘導。VIN3與Polycomb Repressive Complex 2（PRC2）相互作用，導致 FLC 基因附近染色質上的特定組蛋白（如H3K27）發生三甲基化（H3K27me3），於是染色質結構變得緊密，從而抑制 FLC 基因的表達。 回暖後，VIN3蛋白質會迅速降解，但 FLC 基因上的H3K27me3標記仍被保留。這種表觀遺傳的「冬季記憶」確保了 FLC 基因在冬季後仍然被抑制， 總的來說，這個研究顯示了植物如何通過複雜的表觀遺傳機制記住冬季的低溫經歷，並利用這種記憶來確保在春季適當的時機開花。這不僅是一個有趣的生物學現象，也對我們理解植物適應環境變化的方式提供了重要的洞見。 參考文獻： Gao Z, He Y. Molecular epigenetic understanding of winter memory in Arab

  圖片來源：ChatGPT 之前曾經跟大家分享過，佛羅里達大學的團隊成功地 用月球土壤種植阿拉伯芥 （ Arabidopsis thaliana ）。不過，當時他們也觀察到，這些阿拉伯芥在長大後，出現了壓力反應。 我們想要在太空種植物，當然希望它們長得好。所以，接下來當然就是想辦法找出長不好的原因囉。 植物長不好，通常都是養分不夠。而植物最重要的養分，不外乎就是氮（N）、磷（P）、鉀（K）。 雖然「施肥」可能也是一個解方，但是一想到要萬里迢迢地運肥料過去，或許想其他的辦法會更好吧...例如，如果月球土壤中本來就有這些礦物質，只是缺乏對的微生物來溶解它，那麼，提供對的微生物不就行了？只要微生物能持續生長，就可以不用擔心養分不夠了。 最近的一項研究，就是要解決「磷」不足的問題。 在這個研究裡，研究團隊使用了由火山熔岩製成的月球土壤模擬物。它與月球土壤在礦物學特性、物理化學性質和水文特性上都非常相似。 研究團隊選擇了五種磷酸鹽溶解細菌（PSBs），這些細菌能夠將不可溶的無機磷轉化為可溶的形式。它們是： Bacillus megaterium - 大芽孢桿菌 Bacillus subtilis - 枯草桿菌 Pseudomonas fluorescens - 綠膿桿菌 Bacillus licheniformis - 地衣芽孢桿菌 Bacillus mucilaginosus - 黏液芽孢桿菌 這些細菌在農業和環境科學中常見，廣泛應用於肥料和土壤改良。 研究中，研究團隊先對這五種磷酸鹽溶解細菌的磷酸鹽溶解能力進行了測試。實驗結果顯示，在七天的培養後，培養基中的Ca 3 (PO 4 ) 2 被分解，液體培養基中可溶無機磷的濃度相比於培養前顯著增加了212.7%至519.7%（p值小於或等於0.001，每種PSB各6次重複）。這些結果顯示，這五種細菌都有很強的潛力來分解Ca 3 (PO 4 ) 2 中的無機磷元素。但是，黏液芽孢桿菌、大芽孢桿菌 和 綠膿桿菌 表現出較強的磷酸鹽溶解能力，這可能是因為它們能夠分泌胞外黏性物質（如胞外多醣）來形成生物膜。這使得這些細菌能夠通過生物吸附與礦物顆粒緊密結合，形成穩定的細菌-礦物複合體。在這種穩定的胞外微環境中，細菌可以更有效地通過前述機制（包括質子和有機酸）分解和溶解礦物顆粒中的磷酸