老葉的植物王國

  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

  鈣離子的傳播。圖片來源： Nat. Comm . 植物不只是靜靜地站在那裡。它們其實在面對危險時，能夠透過空氣中的氣味互相溝通。當一棵植物受到傷害，比如被昆蟲啃咬時，它會釋放出特殊的氣味，科學家稱之為揮發性有機化合物（VOCs）。這些氣味就像是求救信號，可以被附近健康的植物察覺。當周圍的植物接收到這些信號後，它們會開始準備防禦，以防自己受到攻擊。 這些特殊的氣味中包括了所謂的綠葉揮發物（GLVs，green leaf volatiles），它們是由六碳化合物組成，包括醇、醛和酯。當植物受到損傷時，像是被昆蟲啃咬，它們會迅速產生這些GLVs。這些GLVs不僅可以警告其他植物，還能誘引那些會捕食傷害植物的昆蟲的天敵前來應援，從而間接保護自己。 最近的研究發現，當植物接觸到這些特定的氣味，比如(Z)-3-己烯醛（Z-3-HAL）和(E)-2-己烯醛（E-2-HAL），它們的細胞會迅速產生反應。這些氣味會引起植物細胞內的鈣離子濃度上升，這是一種信號，會觸發植物開始其防禦反應。 當植物細胞內的鈣離子濃度上升後，它們會開始改變自己的生物化學反應。植物會啟動特定的基因產生蛋白質，來抵抗外來的威脅，比如高溫和氧化壓力。這意味著植物不僅能感知危險，還能積極回應來保護自己。 這些防禦信號不僅限於接收到氣味信號的那一片葉子。研究顯示，這些鈣離子信號可以在植物的不同部位之間傳播，儘管這種傳播似乎是局部的，而不是遍及整個植物。 為了要觀察鈣離子的移動，研究團隊使用了一種特殊的方法來使鈣離子（Ca 2+ ）在植物細胞中可見。他們使用了一種名為GCaMP3的基因工程鈣離子生物感測器，這是一種結合了綠色螢光蛋白（green fluorescent protein, GFP）的螢光標記物。當鈣離子濃度在細胞中上升時，GCaMP3會發出光亮，從而使研究團隊能夠透過螢光顯微鏡直接觀察並測量鈣離子的動態變化。 研究團隊觀察到，當阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）的葉片暴露於(Z)-3-己烯醛（Z-3-HAL）氣味下，在30秒內阿拉伯芥葉尖的細胞質鈣離子濃度（[Ca 2+ ] cyt ）就會迅速增加。鈣離子信號在接下來的1到2分鐘內，會傳播到葉片的中部和基部。整個過程持續超過15分鐘。Z-3-HAL引起的鈣離子信號傳播速度為每秒0.24至0.30毫米。

  噴灑過除草劑的地方。圖片來源： 維基百科 為了維護農作物的產量，從手工除草到使用除草劑，人類與雜草的戰爭永遠無法停止。從1940年W. G. Templeman 發明2,4-D到現在，全世界每年花費247億美金在農藥上，其中44%是除草劑的支出。 但是，對我們來說噴農藥是維護農業收入，對雜草來說可是是生與死的戰爭。所以，不意外的，雜草發展出抗藥性只是遲早的事。於是，科學家們努力尋找更有效的除草劑。 最近透過生物篩選機制找到了一個新的除草劑「tetflupyrolimet」。研究發現，tetflupyrolimet能夠抑制一個關鍵酶——二氫烏拉酸脫氫酶（DHODH，dihydroorotate dehydrogenase），二氫烏拉酸脫氫酶負責在嘧啶生物合成途徑中將二氫烏拉酸（dihydroorotate）氧化成烏拉酸（orotate）。這一步驟是嘧啶核苷酸生物合成中的一個重要階段。在這個過程中，二氫烏拉酸首先被DHODH催化，經過去氫作用，轉化成烏拉酸。隨後，烏拉酸進一步參與一系列的生化反應，最終合成出嘧啶核苷酸。 因此，當DHODH的活性被抑制時，嘧啶生物合成途徑會受到干擾，從而影響到DNA和RNA的合成，進而抑制植物的生長和繁殖。 研究中使用了阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ，雙子葉植物）和狗尾草（ Setaria italica ，單子葉植物）來研究tetflupyrolimet的效果。實驗顯示，這種除草劑對這兩種植物的生長有明顯的抑制作用，表現在莖長和根長的減少上。 在對阿拉伯芥和狗尾草的測試中，研究人員發現這些植物對tetflupyrolimet的反應呈現劑量依賴性。這意味著當除草劑的濃度增加時，這些植物的生長抑制程度也隨之增加。 不同植物種對tetflupyrolimet的敏感性有所不同。例如，阿拉伯芥和狗尾草對這種除草劑的敏感性就有所差異，這反映在它們生長抑制的程度上。阿拉伯芥 的根長抑制50%所需的tetflupyrolimet濃度（IC50值）約為17 ± 0.07奈莫耳（nM）。而狗尾草 的IC50值則為3.3 ± 0.10奈莫耳（nM）。這些數據顯示，狗尾草對tetflupyrolimet的敏感性遠高於阿拉伯芥，可能可以用來選擇性的除掉單子葉的雜草？ 研究顯示，在植物的早期發育階段，tetflupyrol

  大麻。圖片來源：維基百科 大麻（cannabis）是一種廣泛使用的精神活性物質。近年來，許多國家和地區開始解除對大麻的禁令，這使得人們對大麻使用障礙（CanUD）的關注日益增加。 什麼是大麻使用障礙（Cannabis Use Disorder，簡稱 CanUD）呢？CanUD是一種與大麻使用相關的精神健康狀況。它是一種行為上的障礙，表現為對大麻的強烈渴望、失控的使用行為，以及持續使用大麻即使它對個體的生活產生了負面影響。 CanUD的特點包括需要更多的大麻來達到以前的效果、當停止或減少使用大麻時，會出現身體或心理的不適症狀、使用大麻的量或時間超出原本的意圖、雖有減少使用大麻的嘗試，但無法成功、大麻使用干擾了工作、學業或家庭責任、因大麻使用而放棄或減少參與重要的社交和休閒活動、即便知道大麻使用對身心健康有害，仍持續使用。 隨著越來越多地區將大麻合法化，對CanUD的研究和認識變得尤為重要，因為這可能會影響更多人的健康和福祉。CanUD的治療包括行為療法和支持小組，目的是幫助個體減少對大麻的依賴並改善生活品質。 為了瞭解究竟CanUD是否與基因有關，研究團隊分析來自不同族群背景的超過一百萬人的基因數據，尋找與CanUD相關的基因變異。研究團隊發現，在不同人群中，CanUD與不同的基因位點相關聯。這些基因位點可能影響大腦發育和功能，從而影響個體對大麻的反應和依賴性。 研究團隊在不同祖先背景的人群中發現了多個與CanUD相關的基因位點： 歐洲祖先（EUR）人群：在這個群體中，研究者發現了22個獨立的基因位點與CanUD有關。其中，最重要的基因位點位於CHRNA2基因附近，這個基因是膽鹼能受體尼古丁α2亞次單元。 非洲祖先（AFR）人群：在非洲祖先的人群中，研究者發現了兩個與CanUD有關的基因位點。其中一個位於SLC36A2基因的一個內含子中，這個基因為一種用於甘胺酸、丙胺酸和脯胺酸的質子耦合胺基酸運輸蛋白。 混合美洲祖先（AMR）人群：在這個群體中，研究者發現了一個與CanUD有關的基因位點，位於rs9815757附近。 東亞祖先（EAS）人群：在東亞祖先的人群中，發現了兩個與CanUD有關的基因位點。其中一個位於SEMA6D基因附近，這個基因為神經導引分子sema6D。 這些基因位點的發現為理解CanUD的遺傳基礎提供了重要的資訊。值得注意的是，

  圖片來源： 維基百科 這兩天閱讀《 有靈-原民植物智慧 》看到布農族認為當紫花藿香薊（ Ageratum houstonianum ）出現在田裡，就代表這塊地需要休耕，而植物學者卻認為，紫花藿香薊喜歡生長在潮濕、肥沃的土壤，這兩群人的看法顯然是衝突的；於是就把這個信息貼到臉書上，也引起了一些討論。其中有人提到會不會是因為紫花藿香薊有相剋作用（allelopathy）？這我倒是第一次聽到。 從網友提供的信息，上面只提了一句。於是我去拜了Google大神（用Ageratum houstonianum allelopathy去搜尋），結果找到兩篇相關的文獻：一篇是英文的期刊論文，另一篇是尼泊爾文的學士論文。 本來看到尼泊爾文，想說，那就看一下英文的論文就好。感恩ChatGPT，我把論文丟給它，它一下子就看完了，還整理出了資料給我。 以下是兩篇的整理： 一、紫花藿香蓟和藿香蓟（ Ageratum conyzoides ）的萃取物對小麥（ Triticum aestivum ）種子發芽的影響： 這篇是學士論文。研究者的研究材料從尼泊爾的達蘭地區獲得，然後在實驗室室溫下曬乾一個月。接著，這些植物的萃取物是通過冷滲透法使用蒸餾水製成的。 不同濃度萃取物對小麥根長和芽長的影響： - 對照組（未處理）：根長 9.32 cm，芽長 15.5 cm。 - 2.5% 萃取物：根長 7.7 cm，芽長 19.7 cm。 - 5% 萃取物：根長 0.7 cm，芽長 6.3 cm。 - 7.5% 萃取物：根長 0.23 cm，芽長 2 cm。 - 10% 萃取物：根長 0 cm，芽長 1.1 cm。 二、紫花藿香蓟和臭泡桐（ Chromolaena odorata ）的萃取物對芝麻、芥菜、拉伊帕塔/芥菜綠和蘿蔔種子發芽的影響： 研究者從當地農民那裡收集了成熟且健康的作物種子，並將其存儲在4°C的棕色紙信封中。新鮮採集的雜草地上部分被用來製作水萃取物（100克溶於250毫升蒸餾水）。該萃取物經過濾後，以不同的濃度梯度（1:5、1:10、1:20 w/v）稀釋然後進行測試。 實驗結果顯示，隨著萃取物和滲出液濃度的增加，比較對照組，這兩種雜草對所有作物種子的萌芽率都有相似的影響。 特別是，在最高濃度（1:2.5 w/v）的情況下，紫花藿香蓟對芝麻的根生長抑制最為嚴重（萃取物5.

  馬齒莧。圖片來源： 維基百科 第一次對馬齒莧有深刻印象，是讀張拓蕪的《代馬輸卒》系列。在書中，張拓蕪提到他們駐紮在江蘇時，因為吃太多螃蟹導致腹瀉，經當地居民提供秘方：馬齒莧。張拓蕪還提到馬齒莧的口感「帶酸而滑溜」！ 馬齒莧（ Portulaca oleracea ）又名馬生菜、馬齒菜、馬屎莧、五行草、酸莧、豬母乳、馬勺菜、地馬菜、馬蛇子菜、長壽菜、老鼠耳、寶釧菜、螞蚱菜，是馬齒莧科馬齒莧屬植物。馬齒莧廣泛分布於世界各地，既可食用也具有藥用價值。這種植物富含營養素，如胡蘿蔔素、維生素C、維生素E和ω-3不飽和脂肪酸，並且能夠適應極端的環境條件，如高溫、乾旱、高濕、高鹽和低營養水平 。中醫用地上全草入藥。味甘酸、性寒、無毒。功效為清熱解毒，散血消腫，除濕止痢，利尿潤肺，止渴生津。 主治痢疾、癰瘡腫毒、臁瘡、消渴生津、小便不通、白喉、久咳、蟯蟲、男性陰囊濕疹、婦女赤白帶下、子宮出血、痔瘡出血、乳瘡。在希臘的民間馬齒莧用於便秘和泌尿系統炎症的治療。古羅馬的老普林尼認為馬齒莧的藥效很好，以至於建議大家佩戴馬齒莧以驅邪 （《博物志》 20.120）。 最近的一項研究，特別關注了馬齒莧在光合作用中的兩種不同途徑：C4途徑和景天酸（CAM）途徑。原來，馬齒莧也是C4植物；但是在乾旱條件下，馬齒莧會轉而進行CAM代謝，這是一種適應性策略。 研究團隊發現馬齒莧發生過兩次全基因組重複（WGD）事件，一次古老的WGD（P-β）發生在馬齒莧和仙人掌科的共同祖先中，大約在6600萬年前，另一次（Po-α）則特定於馬齒莧的系譜，約在774萬年前 。 研究團隊發現，與相關物種相比，馬齒莧中涉及C4和CAM途徑的關鍵酶/運輸蛋白的基因拷貝數量更多。特別是，Po-α WGD事件產生了用於光合作用的磷酸烯醇丙酮羧化酶（PEPC）基因拷貝，而P-β WGD事件則產生了兩個功能差異化的β-碳酸酐酶（β-CA）基因，這些基因參與了C4+CAM途徑 。 此外，研究團隊還發現了馬齒莧的基因組中存在較多的全基因組重複事件，這些事件對於增加與C4和CAM途徑相關的基因拷貝數量有重要影響 。 總而言之，這篇文章提供了對馬齒莧中C4和CAM途徑起源和演化過程的深入了解，並指出這些發現對於未來將C4或CAM代謝途徑整合到作物中具有潛在的應用價值 。 參考文獻： Wang X, Ma X, Y

  小麥（左）與黑麥（右）。圖片來源：ChatGPT 2019年底，一個神秘的疾病出現在中國武漢。迅速地，這種疾病--後來被命名為COVID-19--遍佈全球。 到現在，還是沒有人能確定到底COVID-19的病毒源自何方。最被廣為接受的說法是來自蝙蝠，因為棲地的減少而增加了與人類的接觸，導致蝙蝠身上的病毒有了練習侵入人類的機會。然後，忽然之間，就是全面入侵。 植物界有沒有這樣的事情呢？ 最近在《自然生態與演化學》期刊的一篇論文，探討了兩種大流行植物疾病——小麥爆炸病（Wheat blast）和黑麥草灰斑病（grey leaf spot of ryegrasses）的共同演化。這些病害是由真菌稻熱病菌（ Pyricularia oryzae ）引起的，它們通過與不同寄主專化群體的交配和遺傳混合，進行了跨種跳躍。研究發現，這些病害是在大約60年前的第一次交配事件中產生的，在這個事件中，稻熱病菌中適應 Eleusine （一種稱為指甲薊的草本植物）的一個個體與來自 Urochloa （一種稱為信標草的草本植物）的另一個個體進行了交配。這次交配導致了遺傳材料的交換和重組。 約在10年後，這次交配產生的單一後代又與來自三個其他寄主專化群體的少數個體進行了一系列交配。這一系列的交配事件導致了非功能性基因的重新組合，可能促成了這些真菌跨越物種界限，感染了新的寄主植物，例如小麥和黑麥草。這種遺傳混合和重組過程對於這些病原體適應新宿主至關重要，揭示了植物病原體如何透過跨越物種界限來演化和形成新的疾病。 研究還顯示，自創始事件以來，只有很少的突變出現，且這些突變大多是個體特有的。因此，適應小麥或黑麥草宿主似乎是瞬間完成的，完全是由對重新分配的現有變異的選擇驅動的，對新形成的突變沒有明顯的作用。文章指出，多種新植物疾病的出現是由病原體群體跨越了原本阻止感染非寄主的遺傳障礙。一般認為，新疾病的開始是由寄主跳躍接著是適應期，這導致了病原體健康狀況和傳播的逐漸增加。 這項研究的結果提供了關於小麥爆炸病和黑麥草灰斑病共同演化的重要見解，並表明它們是在一個多重雜交群體中進化的。這種重新組合和選擇過程揭示了植物病原體進化和新疾病出現的一種機制，這種機制涉及在同一物種內不同譜系之間的混合（雜交）。 參考文獻： Rahnama, M., Condon, B., Ascari

  圖片來源：New Phytologist 植物的葉片是其主要的光合作用器官，其形態和結構對於光合作用非常重要。但你知道嗎？葉片的發育和形狀竟然受到光線和溫度的細微調控！ 研究團隊使用了阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ），一種很受歡迎的模式植物，來研究其葉片的生長和發展如何受到環境光線和溫度的影響。這篇研究顯示了這些外部因素如何影響葉片的生長。 光線不僅提供能量，還作為一種信號，影響葉片的形狀和大小。例如，當植物感受到陰影時，它會調整葉片的生長，以便更有效地捕捉光線。 溫度的變化也會影響葉片的發展。在不同的溫度下，植物的葉片會展現出不同的生長模式，以適應環境條件。 葉片在頂端分生組織（SAM，shoot apical meristem）開始發育。光線透過光受器以及光合作用產物來促進葉片的形成。例如，光合作用衍生的糖或由光敏素（phytochrome）和隱花色素（crypyochrome ）感知的光能活化家族轉錄因子 WUSCHEL ，從而促進幹細胞命運。 與充足日照相比，低紅光/紅外光比例會促使葉柄延長並抑制葉片擴展，造成葉片長得細細長長的。隱花色素在藍光減少時也會導致葉柄伸長。 光線通過提高關鍵基因如 STOMAGEN 和 SPEECHLESS （ SPCH ）的表達，來促進氣孔的形成。在光照下，光敏素和隱花色素促進氣孔發育，而在陰影下則抑制氣孔發育。 高光照下的植物與低光照下的植物相比，葉片更厚。這是由於葉肉細胞（mesophyll）細胞數量的增加和不規則擴展，增加了這些條件下的光合作用能力。隱花色素和光敏素調節這些早期細胞擴展的過程。 陰影和溫暖的溫度會導致葉片角度抬升，這是通過葉柄表皮的不均勻細胞擴展造成的。葉柄的伸長是由低紅光/紅外光比例在局部感知而觸發的，而葉片的高揚則是對遠處葉尖中感知的陰影的反應。 這項研究顯示了植物如何通過調整葉片的生長來應對環境（光線與溫度）變化。這不僅增進了我們對植物生物學的理解，也為農業和環境管理提供了寶貴的資訊。 參考文獻： New Phytologist - 2023 - Legris - Light and temperature regulation of leaf morphogenesis in Arabidopsis. 240: 2191–2196

  植物的根圈。圖片來源：ChatGPT 聽過「根圈」嗎？「根圈」（Rhizosphere）是指緊鄰植物根部（大約1 mm）的土壤區域，這個區域在生態學和植物生理學中非常重要。根圈的特點是它受到根部分泌物（mucilage）的直接影響，這些分泌物包括各種碳水化合物、有機酸、糖類、氨基酸、植物激素等。這些分泌物不僅影響土壤的化學和物理性質，還影響了根圈中微生物群落的組成和活動。 根圈是微生物活動的熱點。植物根部分泌的物質為土壤微生物提供營養，從而在根圈中形成了一個高度活躍的微生物社區。根圈也是植物獲取水分和營養的主要場所。根圈中的微生物活動可以影響土壤的結構和肥力，例如通過分解有機物質和改變土壤顆粒的聚合狀態。根圈中的微生物與植物根部進行廣泛的互動。一些微生物對植物有益，如促進植物獲取營養、增強植物對病原體的抵抗力等。相反，也有一些可能對植物產生病害的微生物。 不論這些微生物對植物有益或有害，對植物來說他們都是「外人」。植物要如何維持與外人之間的互動：容忍他們，以獲取更多的養分？ 最近發表在《自然植物》（Nature Plants）期刊上的研究，解答了一部分的謎題。 研究團隊在阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）裡發現了一個關鍵基因 PSKR1 （ PHYTOSULFOKINE RECEPTOR 1 ）的作用。 這個基因在植物與根圈微生物間的互動中扮演著重要角色。研究團隊發現，當 PSKR1 基因發生突變時，植物對根圈微生物的防禦反應過於強烈，從而抑制了其自身的生長。研究團隊使用了發生點突變，導致其第914位胺基酸由蘇胺酸（threonine）變為白胺酸（leucine）的 PSKR1 基因​​。這種特定的胺基酸改變，造成PSKR1蛋白的結構與功能受到影響，導致植物對根圈微生物的過度防禦反應。 什麼樣的反應呢？研究團隊觀察到，與正常阿拉伯芥相比， PSKR1 突變體（ pskr1-3 ）在根部對水楊酸（SA）處理產生了較高的反應。另外，比較野生型阿拉伯芥（ Col-0 ）、 pskr1-3 突變體和過表達 PSKR1 的植物（35S::PSKR1-GFP）的轉錄體，發現由根部SA處理誘導的基因在 pskr1-3 突變體中被表現量上升，但在過表達 PSKR1 的植物中則被抑制。再者，當 pskr1-3 突變體在存在 P. fluor

  蘋果的花。圖片來源： 維基百科 起源於亞洲中部，特別是哈薩克斯坦一帶的蘋果（ Malus domestica ），是世界上重要的水果之一，也是全世界消費量最大的水果之一，無論是生食還是作為烹飪的原料，都深受人們喜愛。全世界有超過7500種蘋果品種。這些品種在大小、顏色、口感和營養成分上各不相同。在台灣，最受歡迎的應該首推富士（Fuji）。在許多文化中，蘋果都具有重要的象徵意義。在希臘神話中，它象徵愛情和美麗；在基督教傳統中，它經常與智慧和誘惑相關聯。 蘋果樹喜歡溫和的氣候，需要足夠的冷卻時間來開花和結果。它們通常在春季開花，並在晚夏到秋季收穫。近年來由於氣候變遷和土壤鹽化，蘋果樹面臨著生長環境惡化的挑戰。科學家們一直在尋找增強蘋果樹對這些環境壓力的抵抗力的方法。最近的一篇研究中，科學家們聚焦於兩種特殊的蛋白質——MdNup62和MdHSFA1d。 MdNup62是核孔複合體（NPC）的一部分，負責控制細胞核與細胞質之間的物質運輸，對植物的非生物壓力反應調控起著重要作用。MdNup62的表達在鹽分和滲透壓力（使用甘露醇模擬）下顯著增加。研究團隊發現，當MdNup62蛋白質在阿拉伯芥（Arabidopsis thaliana）和番茄中過度表達時，這些植物的鹽分和乾旱耐受性會降低，造成根的長度縮短，鮮重也降低了。這意味著MdNup62在自然情況下可能對蘋果樹的生長有不利影響。 另一方面，MdHSFA1d是一種熱休克因子（HSF），其表達也在鹽分和滲透壓力條件下顯著上調。當MdHSFA1d在阿拉伯芥中過度表達時，這些植物的根長得比較長，鮮重也增加了，顯示它們對鹽分和乾旱的耐受性提高了。這顯示MdHSFA1d可能是增強蘋果樹對這些環境壓力抵抗力的一個關鍵因素。 這項研究對於改良蘋果樹品種，增強其對惡劣環境條件的適應能力具有重要意義。通過基因工程，我們可以藉著調節這些蛋白質的活性，從而培育出更耐鹽分和乾旱的蘋果樹。這對於保障全球蘋果供應，特別是在面臨氣候變化和土壤退化挑戰的地區，將是一大步。 參考文獻： Guo, R., Zhang, X., Li, M. et al. MdNup62 involved in salt and osmotic stress tolerance in apple. Sci Rep 13, 20198 (2023). h

龍的九子。圖片來源：網路   俗話說，龍生九子，子子不同。雖然在這句俗話中提到的龍的九子似乎都比不上它們的爸爸，但是在真實的世界，雜交後代可是常常會勝過雙親的。這個現象被稱為「異質優勢」（heterosis）。 異質優勢，又稱雜交優勢，指的是雜交後代（雜交種）展現出比其父母親更優異的特性。在作物中，這通常意味著更高的產量、更強的抗病性，以及對惡劣生長條件的更好耐受性。 面對全球人口的增長和氣候的變化，提高作物產量對糧食安全非常重要。利用異質優勢是實現這一目標的關鍵手段，因為雜交作物通常比傳統品種表現得更好。 雖然在某些作物（如玉米）中，異質優勢已被廣泛研究，但在自花授粉作物如小麥和大麥中則更具挑戰性。這些作物自然地自我授粉，使得創造雜交種更加困難。為什麼呢？因為在自交作物中創造雜交種通常涉及複雜的育種技術，如此一來成本會大幅提高。 科學家提出了三種理論來解釋異質優勢，這些理論集中於雜交種中不同的遺傳組合如何導致優異特性。它們分別是： 1. 支配假說（Dominance Hypothesis）：由 Davenport 在 1908 年提出，這個假說認為不良的隱性等位基因被良好的顯性等位基因所掩蓋或補償。這包括顯性等位基因處於排斥連鎖相位的基因位點對，這模仿了超支配現象。支配假說預測，通過重組打破連鎖，可以消除不良的隱性等位基因，從而發展出表現類似於雜交種的自交系品種。 2. 超支配假說（Overdominance Hypothesis）：由 East 和 Shull 在 1908 年獨立提出，該假說認為異質合子的基因位點本身就優於兩種同質合子狀態，這是由於非加成的位點內等位基因效應所致。 3. 上位性假說（Epistasis Hypothesis）：由 Jinks 和 Jones 在 1958 年提出，這個假說提出多個基因位點間的複雜非加成交互作用產生異質優勢。 這些理論對於理解作物中的雜交優勢非常重要。實證研究支持這三種假說對於異質優勢雜交種整體表現的貢獻，認為這三種假說都在一定程度上有所貢獻。 近年來在遺傳學的進步有助於識別與異質優勢相關的特定基因，從而導致更有針對性的育種策略。 隨著新的基因工程工具的出現，科學家現在可以直接修改作物的基因組，以創造所需特性。這包括結合來自不同親本植物的基因，以產生具有增強特性的雜交種。這種

  我們是否能以含生草為師，培育出更能適應 當前氣候的農作物？圖片來源：ChatGPT 隨著氣候變遷的影響逐漸增強，乾旱和土壤鹽分問題變得日益嚴重。這對未來的糧食安全和永續農業構成了嚴峻挑戰。要應對這些挑戰，需要培育出更具氣候適應性的作物。如何開發能適應氣候變化的農作物，特別是如何應對乾旱和土壤鹽分這兩個問題，是當前農業的大挑戰。在最近出版的《植物半月刊》（ Plant Journal ）中，作者們點出了一些可能的解答。 長期以來，人類在作物馴化過程中主要關注產量，例如穀物的顆粒、果實的大小和形狀等。這種單一的選擇導致了現代作物基因多樣性的降低，以及與其野生親緣作物相比，對環境壓力的耐受性下降。這使得它們在適應當下劇變的環境產生了困難。 過去的作物育種過程中，為了提高對鹽分壓力的耐受性，常常選擇那些能排除鈉離子的品種。然而，這種方法可能無意中降低了作物的乾旱耐受性。研究顯示，我們應該重新考慮育種策略，以發展既能耐鹽又能耐旱的作物品種。當然，我們可以嘗試著恢復作物的耐逆性。恢復耐逆性的策略包括重新馴化已經具有耐受性的孤立作物或野生植物，或將野生植物中對抗逆境關鍵的基因重新引入到高產量作物中。許多野生植物品種擁有現代作物所缺乏的耐逆性基因。通過將這些基因重新引入高產量的作物中，可以提高作物對環境壓力的耐受性。另外，也可以開發耐逆品種、利用分子或傳統育種方法、以及通過農業手段，如植物生長調節劑的應用或種子催芽來減少逆境壓力的影響。 乾旱耐受性是一種涉及多種生理、解剖和生化機制的複雜特性。目前沒有作物具有真正意義上的脫水耐受能力，這種能力僅限於少數能夠在幾乎完全乾燥狀態下生存數月並在重新水合後迅速恢復正常生理活動的「復活植物」。研究發現，自然耐旱的植物（稱為旱生植物）和耐鹽的植物在某些關鍵基因家族中擁有更多的基因副本。這些基因與植物的滲透調節、離層酸（ABA）感應和信號傳遞以及氣孔發育等關鍵特性相關。例如，這些植物在應對鹽分和乾旱壓力時，會更多地依賴鈉來進行滲透調節，並且具有較少且反應更快的氣孔等。復活植物能在幾乎完全脫水的狀態下生存，並在重新水合後快速恢復生長。這些植物在脫水和重新水合過程中會經歷一系列複雜的生理和生化改變。雖然將這些特性引入農作物具有巨大吸引力，但在可預見的未來，將這些特性轉移到作物上仍面臨著實際操作上的挑戰。 近幾十年來，人們嘗試通過改變根系結構

  圖片來源：ChatGPT 鉀（K，potassium）是植物的必需元素之一，在植物細胞中扮演著維持正常代謝的關鍵角色，幫助維持細胞內的水分平衡、活化許多酵素，並維持細胞膜的電位。既然鉀是植物生長發育所必需，植物為了適應土壤中鉀含量的變化，發展出了一套複雜的感應和反應機制。 最近的一項研究發現了植物如何透過TORC和CBL-CIPK網絡來感應和適應鉀的變化。研究團隊以阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）為模式發現，在鉀含量充足時，TORC活化促進植物生長；而在鉀缺乏時，則由CBL-CIPK網絡主導，抑制TORC並節約能量。 TOR複合體（TORC，Target of Rapamycin Complex，雷帕黴素靶蛋白複合體）是一個主要的調控分子，它能連接環境和內部的訊號來促進植物生長。TORC包含TOR激酶次單位和兩個輔助蛋白，這些蛋白幫助TORC響應不同的營養訊號，包括有機和無機營養素，如糖、氨基酸、核苷酸、氮鹽、磷酸鹽和硫酸鹽等。 當環境中鉀濃度高時，TORC被迅速活化，進而關閉低鉀反應途徑。相反地，當鉀含量低時，低鉀反應網路被激活，從而抑制TORC，使植物轉向低鉀模式。 在低鉀環境下，CBL-CIPK網路會被活化，並通過磷酸化TORC中的一個關鍵蛋白（RAPTOR1B）來抑制TORC，從而調節植物對鉀缺乏的反應。 CBL-CIPK包括了CBL（Calcineurin B-like proteins，類鈣調素B蛋白）與CIPK（CBL-interacting protein kinases，CBL交互作用蛋白激酶）。其中CBL是一群鈣離子感應蛋白，能夠感應細胞內的鈣離子（Ca ²⁺ ）濃度變化。CBL蛋白在植物對環境壓力，特別是營養素缺乏時，扮演著關鍵的角色。而CIPK是與CBL蛋白交互作用的激酶，負責通過添加磷酸根來調控其他蛋白質的活性。CIPK被CBL蛋白活化後，參與多種細胞內調節過程，包括對鉀的感應和回應。 在鉀含量低的環境中，CBL-CIPK路徑會被活化，並通過一系列分子事件抑制TORC，從而幫助植物在鉀缺乏的條件下節約能量並適應環境。 這種相互作用顯示了植物如何通過精細的分子網路來感應和適應其生長環境中關鍵營養素的變化。畢竟植物不會動，無法像動物一樣移動到食物充足的地方去覓食，所以只能發展出更多的彈性來適應環境的變化

  圖片來源：老葉 在越南北部的紅河三角洲和青山翠谷中有芋頭（ Colocasia esculenta ）。它不僅是當地人日常飲食的一部分，還承載著豐富的文化和經濟價值。 在紅河三角洲，農民將芋頭當作現金作物來栽培，因為它的銷售可以為他們帶來收入。在紅河三角洲，芋頭是蔬菜；而在山區，芋頭則是家庭餐桌上的常客，是當地人日常飲食的重要組成部分。 這些芋頭不僅在用途上有所不同，它們的種植方式和遺傳特性也各有千秋。例如，山區的芋頭通常在轉耕制度中種植，這種方法可以保護土壤，避免環境破壞。而這些不同地區的芋頭，在遺傳上也顯示出獨特性，反映了它們各自獨特的歷史和演化過程。 科學家還發現，與芋頭相似的植物千年芋（ Xanthosoma spp. ）在這些地區也有種植，這表明這一地區的農業具有多樣性和靈活性。在當地千年芋被稱為Mung Tia或Khoai Trang，通常在家裡的菜園中栽培，它的莖（葉柄）、塊莖（塊根）和小塊莖（塊莖）均被用於食用。不只人吃，也用作豬飼料。 這些發現不僅揭示了芋頭作為一種作物的多樣性和重要性，還展示了它在越南北部人們生活中扮演的多重角色。從提供經濟收入到成為家庭飲食的一部分，芋頭在越南北部的文化和農業中占有舉足輕重的地位。 這些芋頭屬植物（包括 Colocasia gigantea 、 Xanthosoma spp.和 Alocasia odora ）的倍性（ploidy）和核糖體DNA（rDNA）的變異情形如下： Colocasia gigantea 、 Xanthosoma spp.和 Alocasia odora 的染色體數分別為28、26和28，這表明所有的植物都是二倍體（diploid）。 這些植物顯示出各自獨特的rDNA模式，分別是MMg001、MMx001和MMa001。這表明每種植物在其核糖體DNA上有獨特的特徵。 這些數據顯示，雖然這些植物在外觀上可能類似，但它們在遺傳層面上具有明顯的差異，這可能反映了它們獨特的演化歷史和適應不同環境的方式。 當地也有姑婆芋（ Alocasia odora ）。姑婆芋在核糖體DNA（rDNA）的分析中顯示了一種獨特的模式（MMa001），這與其他如芋頭和千年芋的模式有所不同。 在越南的兩個調查地點（Noi Hoang Tay以及另一個未說明的地區），姑婆芋被用作藥物。在

  圖片來源：ChatGPT 藍綠菌（cyanobacteria）是一種類似植物的細菌，能進行光合作用。如果你曾在湖泊、池塘、溪流和河流看見過藍綠色的薄膜，那可能就是藍綠菌了。 藍綠菌雖然在生物分類上屬於細菌（具體是藍綠細菌門），但是它們與一般細菌有所不同，因為它們可以進行光合作用，類似於植物。這是藍綠菌的一個非常重要的特徵，因為它使它們能夠利用太陽光能，將水和二氧化碳轉化為氧氣和有機物，從而對地球的氧氣供應和生態系統有重大影響。雖然藍綠菌因為光合色素與高等植物不同，所以它們利用的光波波長也不同（那就是為什麼它們的顏色看起來是「藍綠」色的），但這讓藍綠菌在利用光能上更可以與高等植物互補。 科學家最近在研究藍綠菌時發現了一個有趣的現象：當 Leptolyngbya frigida 這種藍綠菌與粉紅粘帚霉（ Clonostachys rosea ）共生時，它們能形成更大的生物膜，並提高光合效率。  藍綠菌 Leptolyngbya frigida ，它們在一個含鋅的工業廢棄地附近的溪流中自然形成生物膜。 Leptolyngbya frigida 屬於細鞘絲藻屬，有時會與粉紅粘帚霉形成共生關係，產生生物膜。研究團隊對這個現象感到好奇，於是在實驗室中將它們一起培養。結果發現，與單獨培養的藍綠菌相比，這種共生體系的生物膜大了幾乎一倍，且在光合作用上表現更好。 具體來說，當藍綠菌和真菌一起生長時，它們產生的氧氣量與吸收的二氧化碳量都增加了將近一倍。這意味著這種共生體系對於減少大氣中的二氧化碳（一種溫室氣體）可能有積極的作用。此外，這種共生關係還可能是地衣形成的初期階段，地衣是一種由真菌和藻類或藍綠菌共生形成的生物。 這項研究不僅提供了關於微生物間相互作用的新知識，而且對於環境保護和生物工程應用（比如開發新的生物除污技術或提高農作物的生長效率）也具有重要意義。 參考文獻： Turnau et al., Fungal symbionts impact cyanobacterial biofilm durability and photosynthetic efficiency, Current Biology (2023), https://doi.org/10.1016/j.cub.2023.10.056

  玉米。圖片來源： 維基百科 知道「綠色革命」（Green revolution）的人，應該就知道當時把小麥與水稻培育成比較矮的品系。較矮的品系可以抗風，也比較能支持住更大的麥穗/稻穗。綠色革命使作物產量大為提升，讓相同單位面積的土地可以養活更多人。 快轉到五六十年後，矮化風潮也開始吹向玉米。 Bayer等公司利用傳統育種和基因工程技術來培育短桿玉米品種，以提高抗風性和生產效率。Bayer透過選育出分泌較少植物生長激素吉貝素（gibberellin）的玉米，成功創造出較短的植株。這種短桿玉米在風暴中的損害率明顯低於傳統高桿玉米。在一場2020年的風暴後，對14個實驗田進行的分析顯示，平均來看，25%的短桿玉米受損，而傳統高桿玉米則有50%受損。Corteva公司也在進行類似的研究，旨在培育出短桿玉米品種。 這些短桿玉米有多個優點：更耐風、能更密集種植以增加單位面積的產量，並且可能有助於提高根系發展，增強耐旱能力和肥料利用效率。短桿玉米還有利於農田的環境保護，因為農民可以用拖拉機而不是飛機來噴灑肥料或殺菌劑，減少了對環境的影響。 在墨西哥的錫那羅亞州，Bayer已經推出了專為當地農民培育的VITALA短桿玉米，該品種因應當地的土壤、氣候和日照條件而設計，並不適用於美國市場。這種玉米比傳統品種短約三分之一，更不容易倒伏或折斷。 雖然短桿玉米在生產和管理上帶來許多好處，但也面臨一些挑戰，例如較嚴格的監管要求和潛在的市場接受度問題。然而，這些創新品種可能最終對美國農民和環境產生正面影響。例如，Iowa的Stine Seed公司已在美國市場銷售短桿玉米，並指出在理想條件下，其產量可比傳統高桿玉米高出10%。 參考文獻： ERIK STOKSTAD. HIGH HOPES FOR SHORT CORN .

  得了稻熱病的水稻。圖片來源： 維基百科 小長RNA對抗水稻疾病的新發現 水稻，作為全球主要的糧食作物之一，其健康生長對於糧食安全至關重要。然而，水稻經常遭受各種疾病的侵害，例如稻熱病，這對農業生產造成了巨大的挑戰。近期，一項新的科學研究揭示了水稻中一種特殊的小長RNA（lsiRNA76113）如何影響水稻的疾病抵抗力。 什麼是小長RNA？ lsiRNA（long small interfering RNA）是一種長度較長的小干擾RNA。傳統上，小干擾RNA（siRNA）是一類存在於生物體中的短雙股RNA分子，長度大約在20到25個核苷酸之間。它們在RNA干擾（RNAi）過程中發揮作用，這是一種細胞內的基因沉默機制，用於降解特定的信使RNA（mRNA）以控制基因的表達。 相比之下，lsiRNA通常指的是比標準siRNA更長的小干擾RNA。雖然具體的定義可能有所不同，但lsiRNA通常指那些長度為25-40個核苷酸的小分子RNA。這些較長的RNA分子在植物和其他生物體中也扮演著重要的調節角色，尤其是在基因表達調控和防禦機制（如對抗病原體）方面。 小長RNA與水稻免疫系統 在這項研究中，科學家們發現，一個長度為29個核苷酸的小長RNA，lsiRNA76113，在水稻免疫反應中扮演著關鍵角色。通常，植物會透過一系列複雜的生物化學反應來對抗病原體的侵害。然而，lsiRNA76113似乎會抑制這種免疫反應，使水稻變得更容易受到病害的侵害。 lsiRNA76113抑制水稻免疫反應的機制 lsiRNA76113透過抑制一種稱為OsCNGC5（CYCLIC NUCLEOTIDE-GATED ION CHANNEL 5）的鈣信號調節器來抑制水稻的免疫反應。OsCNGC5是一種植物細胞膜上的離子轉運通道，參與鈣離子（Ca 2+ ）的流入，這對植物早期免疫反應非常重要。 研究顯示，lsiRNA76113會強烈抑制並負調控OsCNGC5。當OsCNGC5被抑制時，鈣離子流入和過氧化氫（H 2 O 2 ）的累積受到抑制，這會影響植物對病原體的早期免疫反應。在研究中，對lsiRNA76113進行沉默（即減少其表達）的水稻突變體表現出增強的疾病抵抗性，而OsCNGC5的突變體則顯示出對稻熱病菌更敏感。 稻熱病菌（ Magnaporthe oryzae ），又稱為稻瘟病菌，是子

  自噬作用。圖片來源：ChatGPT 在植物和其他生物中，自噬作用（autophagy）是一種細胞清理機制，除了可以協助細胞清除掉老廢構造之外，當個體營養不足時，細胞也會通過自噬來分解並回收其部分冗餘構造，以維持基本生命活動。 最近有研究團隊在研究 HLS1 這個基因時，發現它與自噬作用有關。 HLS1 （ HOOKLESS1 ）是因為缺少 HLS1 的植物其頂端鉤（apical hook）的形成受阻而得名。在植物生物學中，頂端鉤是一種特定的生長形態，通常在雙子葉植物的幼苗階段出現，尤其是從地下萌發的幼苗。這種彎曲結構有助於保護穿透土壤表面生長的幼苗其嫩芽（含有頂端生長點）不受損傷。 在阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）中， HLS1 基因被發現與頂端鉤的形成有關。缺少 HLS1 的植物顯示出頂端鉤發育受阻的性狀，這意味著HLS1在頂端鉤的形成和維持中扮演著重要角色。 在過去的研究發現， HLS1 與已知乙醯轉移酶（acetyltransferase）的序列有相似性。因此，它被認為可能是一種乙醯轉移酶。 研究團隊透過使用幾種測試（拉下試驗、雙分子螢光互補、免疫共沈澱）後發現， HLS1 可以直接與 ATG18a （ AUTOPHAGY-RELATED PROTEIN18a ）的蛋白質互動。 HLS1 會對 ATG18a 進行乙醯化（acetylation），這是一種後轉譯修飾，對自噬過程非常重要。乙醯化增強了 ATG18a 與另一蛋白 ATG2 的相互作用，這對於自噬體的形成是必要的。 研究團隊是怎麼發現乙醯化增強了 ATG18a 與另一蛋白 ATG2 的相互作用的呢？他們在 ATG18a–GFP /Col-0和 ATG18a–GFP/hls1-1 植物中，於缺碳狀況下偵測了 ATG2 和 ATG18a 之間的交互作用。研究團隊發現，在 hls1-1 突變株中， ATG18a 的乙醯化顯著降低，此時帶有Flag–ATG2的轉殖植物拉下植物中的ATG18a–GFP的能力減弱，這顯示 HLS1 介導的 ATG18a 乙醯化增強了 ATG2 和 ATG18a 之間的交互作用。 另外，當 HLS1 功能缺失時，植物對營養匱乏的環境表現出更高的敏感性。這可能是因為 HLS1 在促進植物自噬過程中扮演著重要角色，特別是在營養不

  海甘藍。圖片來源： 維基百科 在布萊恩費根的《 漁的大歷史 》裡面提到古代的人吃海鮮，但是，古代的人應該不會只吃貝類、魚類吧？日本人懂得吃紫菜，中國人也會吃些海藻，難道歐洲人就只會吃魚、貝類？ 當然不會是這樣。在最近的研究中，研究團隊探討了古代歐洲人類對海藻和淡水水生植物的食用。研究團隊分析了來自74名個體的牙結石樣本，找到了海藻、淡水藻類和水生植物的生物標記物。 這些古代歐洲人的分布，從南部西班牙到北部蘇格蘭的奧克尼群島等不同地區。這些地區涵蓋了從中石器時代和新石器時代到青銅時代和早期中世紀的不同歷史時期。 根據分析，古代歐洲人食用的海藻和水生植物包括： 海藻：如拉弗（laver， Porphyra umbilicalis ），在威爾斯仍有食用。 淡水水生植物（macrophytes）：例如黃睡蓮（ Nuphar lutea ）、白睡蓮（ Nymphaea alba ）和波塔莫格頓水藻（ Potamogeton pectinatus ）。這些植物的根和塊莖在歐洲的中石器時代和新石器時代的遺址上有考古證據，但通常未被認為是古代歐洲飲食的一部分。 海甘藍（ Crambe maritima ）：被普林尼提及為船員的抗壞血病療法。 他們發現，這些資源的食用不僅在新石器時代的農業轉型期間持續存在，甚至一直延續到早期中世紀，顯示這些現今在歐洲很少食用的資源在歷史上曾是飲食的常規部分。 這項研究強調了了解古代食物資源對於重建過去非常重要，同時對於今天改善飲食和食物供應的環境影響也有所啟示。這些發現顯示，海藻和淡水水生植物在古代歐洲的飲食中可能比以往認為的更為重要。 參考文獻： Buckley, S., Hardy, K., Hallgren, F. et al. Human consumption of seaweed and freshwater aquatic plants in ancient Europe. Nat Commun 14, 6192 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-41671-2

  圖片來源：ChatGPT 大家都聽過那首有名的民歌《蘭花草》：「我從山中來，採得蘭花草，種在小園中，期待花開早。一日看三回，看得花時過；蘭花卻依然，苞也無一個。」雖然不知道植物喜不喜歡被看，但是許多研究都發現，植物並不喜歡被摸喔！為什麼？因為通常「摸」它們的人，都是要摘、吃、啃、踩它們，所以當然不喜歡被摸啦！ 植物，雖然不會動，但它們擁有對外界刺激作出反應的驚人能力。當植物，如阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）遭受觸摸時，會發生一系列生理和形態上的變化，這一過程稱為觸摸形態發生（thigmomorphogenesis）。阿拉伯芥等植物在遭到觸摸後，會表現出明顯的形態改變，例如葉片直徑變小、開花延遲等。 基因表達的改變 觸摸會引起植物基因表達的顯著改變。研究發現，僅在觸摸後30分鐘內，就有數百個基因表現出現變化。這些基因包括與鈣信號（例如TCH基因）相關的基因，這表明鈣在觸摸感應中扮演關鍵角色。此外，植物對觸摸的反應還涉及蛋白質磷酸化，這是一種調控細胞功能的重要方式。 鼎鼎大名的賀爾蒙：茉莉酸與乙烯 在植物對觸摸的反應中，兩種植物賀爾蒙發揮著重要作用：茉莉酸（JA）和乙烯（ethylene）。茉莉酸途徑在植物觸摸反應中有正向調節作用。當JA的合成或感知受阻時，植物對觸摸的反應會減弱。另一方面，乙烯被證實是觸摸形態發生的負調節因子。研究發現，乙烯不敏感的突變體對觸摸的反應更為敏感。 乙烯途徑如何作用？ 研究表明，乙烯信號途徑透過一種名為 EIN3 的轉錄因子來調節觸摸反應。 EIN3 能夠直接結合並抑制 GA2ox8 基因的表現，這個基因負責生長素（auxin）的分解。這意味著當 EIN3 的活性增強時，它會抑制生長素分解，從而對抗觸摸所引起的形態變化。 總結 在阿拉伯芥的觸摸反應中，我們看到了一個精密的分子網路。這個網路涉及到基因表現的大規模改變、茉莉酸和乙烯這兩種關鍵賀爾蒙的相互作用，以及它們如何通過調節特定基因來影響植物的生長和發育。這不僅顯示了植物對環境變化的靈敏反應，也顯示了植物體內複雜的調節機制。 參考文獻： Lei Wang, Canrong Ma, Shuanghua Wang, Fei Yang, Yan Sun, Jinxiang Tang, Ji Luo, Jianqiang Wu, Ethyle

  圖片來源：ChapGPT 磷是植物的必須元素之一。在缺磷的環境下，植物會採取一系列策略來應對，特別是通過改變根部的生長來提高對磷的吸收效率。 最近的研究顯示，在磷饑餓的條件下，植物（以阿拉伯芥為例）會在根部增加纖維素的合成。纖維素是植物細胞壁的主要成分，對細胞的結構和穩定性非常重要。這種增加的纖維素合成導致了細胞壁的厚度和結構發生變化，進而影響根部的生長。 研究團隊發現，在缺磷環境下，纖維素合酶複合體（CSC）在細胞膜上的活性會因爲纖維素合酶1（CESA1）的特定胺基酸（S688）的磷酸化程度降低，而使它活性上升。這些磷酸化狀態的改變對細胞壁的結構和纖維素的合成有重要影響，會造成根部細胞壁變厚，導致細胞分裂和伸長的減少，從而對根部生長產生抑制作用。這種生長減緩是植物對磷饑餓環境的一種適應策略，有助於植物在低磷環境中更有效地利用其資源。 這些發現幫助我們理解植物如何通過調節纖維素合成來應對磷饑餓環境。這一研究不僅增進了我們對植物生理學的理解，還可能對在磷缺乏的土壤中種植作物時，具有重要的應用價值。 參考文獻： https://doi.org/10.1093/plphys/kiad543

  葉綠體。圖片來源：維基百科 葉綠體（chloroplast）是植物細胞中的重要胞器，主要存在於綠色植物和某些藻類中。除了對植物最重要的光合作用當然是在它們裡面進行，它們還參與了合成脂肪酸和胺基酸以及氮的代謝，也負責一部分的能量產生。另外，葉綠體擁有自己的基因組（DNA），這使得它們在某些層次上可以獨立運作。葉綠體基因組包含一些必要的基因，用於合成葉綠體內的蛋白質。 過去的研究發現，葉綠體的基因組（位於葉綠體基質stroma中）只能提供自己需要的10%左右的蛋白質，其他的蛋白質都要靠細胞核的基因組提供。但是，葉綠體的基因有沒有可能去影響細胞核基因的表現呢？在過去的研究中發現，通常需要強烈的選擇壓力才能出現葉綠體轉基因轉移到細胞核的情況。 最近的一篇研究，推翻了這個認知。研究團隊將植物色素脫飽和酶（PDS）轉入葉綠體後，觀察其是否能影響細胞核的PDS表現。由於PDS在類胡蘿蔔素的合成過程中起著關鍵作用，它的沉默會導致類胡蘿蔔素的合成受到阻礙，使植物容易因為照光而變白（bleaching）。 研究團隊發現，這些轉殖後的煙草葉綠體不僅能表達這段PDS基因，還能製造一種特殊的小RNA，名為21核苷酸相位干涉小RNA（phasiRNAs）。這些phasiRNAs能進入到細胞的基因沉默途徑中，從而抑制相應的核基因表達。這一發現顯示，質體的RNA可以跑到細胞質中，並參與調控核基因活動。 更令人驚訝的是，科學家們發現即使在沒有相應的核RNA的情況下，質體表達的dsRNA也能在細胞質中產生大量的21-nt phasiRNAs，這顯示了植物的基因沉默機制比我們之前認為的要複雜得多。 這項研究不僅為我們認識了植物基因表達調控的新機制，還為未來植物基因工程和生物技術開發提供了新的可能性，特別是在利用質體轉化技術調節核基因表達方面。 參考文獻： Sébastien Bélanger, Marianne C Kramer, Hayden A Payne, Alice Y Hui, R Keith Slotkin, Blake C Meyers, Jeffrey M Staub, Plastid dsRNA transgenes trigger phased small RNA-based gene silencing of nuclear-encoded genes, Th

  植物根的切面，顯示了貫穿根部內皮細胞的卡氏帶。 圖片來源： 維基百科 植物從土壤中選擇性吸收礦物質離子對於控制電解質濃度非常重要。在維管束植物的根部，水和礦物質通過細胞間隙的擴散受到卡氏帶的阻礙。這個由木質素構成的構造封閉了環繞內皮層的細胞間隙空間，對於植物控制水分和離子從皮層到中柱的轉移非常重要。 卡氏帶完整性的監測 在阿拉伯芥中，一個特定的信息傳導途徑負責監測卡氏帶的完整性。這個途徑包括由 CASPARIAN STRIP INTEGRITY FACTOR 1 和 2 （ AtCIF1/2 ）基因產生的小分子硫酸化肽，這些肽由根部的中柱分泌出來。如果卡氏帶不連續，這些肽會向內皮層擴散，並與類似受體的激酶 SCHENGEN3 （ AtSNG3 ）結合。這種相互作用活化了下游的信息傳導途徑，啟動了木質素的產生和填補間隙。當卡氏帶連續時， AtSGN3/AtSGN1 受體與 AtCIF 肽體分離，信號傳遞停止。 水稻中的 CIF/SGN3 信號途徑 研究團隊探討了稻米中CIF/SGN3途徑的保留性。他們在稻米中找到了兩個與 AtSGN3 同源的基因 OsSGN3a 和 OsSGN3b ，均在內皮層表現，以及三個與AtCIFs同源且在中柱表現的基因。 Oscif1ab2 三重突變體中三種CIF肽的功能喪失或 Ossgn3ab 雙重突變體中兩種 SGN3 受體的功能喪失導致卡氏帶顯著變薄且不連續，使其對小的細胞間隙分子更具滲透性。此外，對 Oscif1ab2 進行的RNA序列分析顯示，許多在阿拉伯芥卡氏帶形成過程中涉及的基因同源體在稻米的 CIF/SGN3 途徑下游表現，如 OsMYB36a 。這些結果顯示，監控卡氏帶完整性的 CIF/SGN3 機制在稻米中被廣泛保留下來。 這項研究顯示了稻米中卡氏帶完整性的關鍵監控機制，為我們理解植物如何調節根部水分和礦物質吸收提供了重要的資訊。 參考文獻： https://doi.org/10.1093/plcell/koad274

  植物根的橫切面，紅色環狀的組織就是內皮組織。 圖片來源： 維基百科 木栓質（suberin）是一種在植物細胞壁中發現的複雜多聚體，主要由脂肪酸和芳香族化合物組成。它是植物體的一個關鍵組成部分，特別是在木栓層（suberin lamellae，SL）和樹皮中非常豐富。 木栓質的主要作用是為植物提供保護和防水功能。它能幫助植物減少水分的損失，防止有害物質的侵入，同時也為植物提供了一定的機械支撐。在植物的根內皮層中，木栓質的存在有助於調節水分和養分的吸收，防止不必要的物質進入植物體內部。 此外，木栓質也參與了植物傷口的愈合過程。當植物的某個部位受到物理損傷時，木栓質會在損傷處形成，有助於封閉傷口，防止微生物入侵和水分過量流失。 但是，所有的植物都有木栓層嗎？最近的研究有了有趣的發現。 在這篇研究裡，研究人員探討了根部木栓層在種子植物演化中的重要性。在石炭紀晚期，氣候變得更冷更乾燥，這時種子植物開始超越蕨類植物，成為地球上的主要植物群。研究發現，木栓層的出現對種子植物的崛起產生了關鍵作用，這些多層超微結構位於植物細胞壁中，對植物營養平衡和防止病原體和有毒物質入侵起著重要作用。 維管束植物的根內皮層結構在不同的植物群中有所不同，特別是在其次生結構——木栓層（suberin lamellae，簡稱SL）。研究團隊觀察了18種維管束植物，包括2種石松類植物、8種蕨類植物、5種裸子植物與2種被子植物。在種子植物中，根內皮層細胞壁在完全分化的根部區域顯示出木栓層。這些木栓層在穿透性電子顯微鏡（TEM）下呈現交替的深淺帶狀結構，並且是細胞壁的次生結構。這種特徵結構在不同種類的種子植物中均有觀察到。相比之下，這些結構在蕨類植物和石松類植物中並不存在。雖然一些蕨類植物（特別是三種溼生蕨類植物：耳蕨、鹿角蕨和鐵線蕨）在用Fluorol Yellow（FY）088染色時表現出了能檢測木栓質和類木栓質化合物的螢光信號，但這些信號呈現粗糙、不連續和斑點狀，與種子植物中清晰、平滑、包圍內皮層細胞的信號顯著不同。這表明這些蕨類植物的根可能無法以與種子植物相同的方式發育出木栓層。另外，在這些蕨類植物和石松類植物中，未觀察到相應的次生細胞壁結構，進一步確認了這些物種缺乏木栓層。 也就是說，木栓層是種子植物獨有的特徵。此外，透過對蕨類植物的檢測發現，雖然它們能夠在根部形成與木栓層類似的結

  圖片來源：維基百科 向日葵（ Helianthus ）的花以能「追蹤」太陽而出名。 過去的研究 發現，向日葵莖的兩側會發生生長速度不一致的狀況，白天東側生長較快（莖往西偏），晚上西側生長較快（莖往東偏）。 這樣的現象，很多科學家都認為，應該是跟向光素（phototropin）有關，或甚至不只是向光素，還有其他的光受器：如光敏素（phytochrome）、隱花色素（cryptochrome）等等。 聽起來蠻合理的，但是，科學是一種一定要經過實驗驗證的過程，所以就有科學家動手去驗證了。 結果蠻令人意外的。加大戴維斯分校的研究團隊，觀察室內培養室中生長的向日葵和戶外陽光下生長的向日葵，分析哪些基因在這兩種環境中被啟動（轉錄）。 研究團隊發現在室內，向日葵會直直地生長朝向光源，啟動與向光素有關的基因。但在戶外生長的植株，雖然也會隨著太陽轉動它們的花朵，但是它們卻展現完全不同的基因表達模式。莖的兩側似乎在向光素方面沒有明顯差異。 那麼其他的光呢？研究團隊試著屏蔽藍光、紫外線、紅光或紅外光，但是這些處理對趨光性反應都沒有造成影響。這顯示向日反應可能存在多種途徑，對不同波長的光都做出反應，來實現相同的目標。 未來的工作將繼續研究植物中的蛋白質調控，希望能早日解開向日葵向日之謎。 參考文獻： Christopher J. Brooks, Hagop S. Atamian, Stacey L. Harmer. Multiple light signaling pathways control solar tracking in sunflowers. PLOS Biology, 2023; 21 (10): e3002344 DOI: 10.1371/journal.pbio.3002344