植物感應重力（gravity）：「懶惰」（LAZY）基因挑大樑

 

圖片來源：Cell

植物在生長的時候，除了要努力獲取光源，也要扎根在土壤裡吸取水分與養分。因此，除了要能感應光以外，植物也要能找到土地來扎根。所以不只是幫助植物獲取光源的趨光性（phototropism）很重要，能夠讓植物找到土地的趨地性（gravitropism）也非常重要。植物的莖需要有負趨地性，才能往遠離地面的方向生長；而植物的根一定要有正趨地性，才能深深地扎根在土壤中。

在1900年，植物學家G.Haberlandt和E.Nemee提出了「澱粉-平衡石假說」（starch-statolith hypothesis），認為在植物的根冠與頂芽有一些所謂的「平衡石細胞」（statocyte）內含有澱粉體（amyloplast），是這些澱粉體落在植物細胞的近地端，從而啟動了植物對重力的反應。而澱粉體會造成植物根尖與頂芽的生長素（auxin）分佈不均，使得植物向地生長（即所謂Cholodny-Went 理論）。

後續的一些研究也發現，當澱粉體產生受阻的時候，植物的趨地反應會變慢；而澱粉體若沈澱速度加快，則植物的趨地反應會變快。

最近的研究發現，一群稱做「懶惰」（LAZY）的基因與植物的趨地性有關。這些基因在1930年代首先從玉米中發現，因為莖總是躺在地上，所以被命名為「懶惰」。科學家發現，重力的刺激會使得一類的蛋白質激酶（protein kinase）MKK5-MPK3將LAZY蛋白磷酸化，然後這個磷酸化的LAZY蛋白藉由與TOC蛋白互動，聚集在澱粉體的表面上。

接著LAZY蛋白會轉移到附近的內質網上，這使得生長素的分佈開始出現不均勻的狀況，然後植物就開始出現趨地反應。

這個發現，進一步證明了「澱粉-平衡石假說」，也支持了「Cholodny-Went 理論」。

參考文獻：

Chen J, Yu R, Li N, Deng Z, Zhang X, Zhao Y, Qu C, Yuan Y, Pan Z, Zhou Y, Li K, Wang J, Chen Z, Wang X, Wang X, He SN, Dong J, Deng XW, Chen H. Amyloplast sedimentation repolarizes LAZYs to achieve gravity sensing in plants. Cell. 2023 Sep 20:S0092-8674(23)01035-8. doi: 10.1016/j.cell.2023.09.014. Epub ahead of print. PMID: 37741279.