老葉的植物王國

  圖片來源： PNAS 除了幫助植物固定在地面上以外，植物的根就像是植物的嘴巴一樣，對吸收水分和養分相當重要。玉米是全球重要的糧食作物之一，了解玉米根系的生長發育，對於提升玉米產量以及抵抗乾旱等逆境的能力非常重要。 最近，來自美國的研究團隊在研究生長素（auxin）的運輸蛋白時，發現了一個稱為 ZmPILS6 的基因，這個基因產生的蛋白質位於內質網（ER，endoplasmic reticulum），負責運輸植物生長素，在未授粉的絲、節間和初生根中表現量都相當高。 研究團隊發現， ZmPILS6 基因在玉米根系發育中擔任重要的角色。缺少了這個基因的玉米（ pils6 突變株），它的根就會變得比較短，而且側根的數量也會減少。側根是植物根上的分支，可以幫助植物更好地吸收水分和養分，在許多不同的研究也發現，側根對植物抗旱的能力很重要。 有趣的是，阿拉伯芥的 PILS6 的作用與玉米的版本剛好相反，前者是根和芽形態發生的負調節因子。也就是說，在 PILS6 這個案例上，同源基因在單子葉（玉米）與雙子葉（阿拉伯芥）有相反的功能！ 這個發現有助於我們更好地了解植物的根系是如何生長發育的，就像我們了解自己的身體一樣。如果我們能釐清控制植物根系生長的方法，就能夠培育出更強壯、產量更高的玉米品種。 這項研究幫我們在玉米的基因地圖上找到了一個新的標記，為我們提供了改善玉米這種重要作物的新工具。 參考文獻： Craig L. Cowling, Arielle L. Homayouni, Jodi B. Callwood, Maxwell R. McReynolds, Jasper Khor, Haiyan Ke, Melissa A. Draves, Katayoon Dehesh, Justin W. Walley, Lucia C. Strader, Dior R. Kelley. ZmPILS6 is an auxin efflux carrier required for maize root morphogenesis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2024; 121 (22) DOI: 10.1073/pnas.2313216121

  突變種（左）與野生種（右）的玉米根部。 圖片來源： Nature Genetics 玉米（ Zea mays ）是世界五大穀物之一。從現在的時間點回頭看，很難想像在十六世紀以前，全世界只有一小群人知道這種植物。但是現在玉米可說是無所不在，不只是早餐的穀片以及日常的食物會有它，它還以你看不到的型態出現在各種食物與飲料中。所以，玉米對人類非常重要。 隨著氣候變遷，連身為C4植物的玉米，都因為降雨減少而面臨抗旱的問題。最近一項歷時八年的研究，分析了9000個栽培種以及170個大芻草（teosinte）的根系，找到了玉米根部發育的秘密。 科學家們將玉米的種子包裹在特殊的紙裡面，然後將這些紙捲成雪茄狀、放在燒杯內，以 16 小時光照 26 °C、 8小時黑暗18 °C培養。10天後，他們把紙打開，就可以輕鬆地觀察完整的根部。栽培品系的玉米觀察10株，家傳品系玉米觀察20株，大芻草因為種子數量有限，僅觀察15株。 他們發現，玉米的根有所謂的「種生根」（seminal root）與側根（lateral root）的區別。種生根在玉米發芽後不久出現，其功能是幫助玉米幼苗吸收更多養分與水分。當環境適合玉米生長時，種生根對玉米的幫助很大。 但是研究團隊發現，種生根多的玉米，它的側根就會變少；而側根減少對玉米的耐旱性不利。他們注意到，側根多的玉米抗旱性比較好。有趣的是，在玉米馴化的過程中，種生根的數量有增加的趨勢，但是在適應有限水的本地品系中，種生根的數量顯著減少。 到底什麼基因與根系的發育有關呢？研究團隊分析基因體後，找到了超過160個相關基因。其中一個，稱為 ZmHb77 ，對玉米的抗旱性有影響。在所謂的「北方燧石」（Northern Flint ）品系中，特定基因型的 ZmHb77 會讓玉米更不耐旱。深入研究後發現， ZmHb77 在根的表現量也比較高。 到底 ZmHb77 對根部發育的影響是怎樣的呢？研究團隊以基因編輯將 ZmHb77 剔除後發現，沒有這個基因的突變株，其種生根數量顯著減少、側根密度增加。測試發現，這些突變株的生長與光合作用速率較高，抗旱性優於野生種。 所以，透過對根系發育的觀察與基因體的研究，科學家們發現了 ZmHb77 對玉米根系的發育有重要的影響，也影響到玉米抗旱的能力。期待更多的研究讓我們了解玉米根系發育的生物學！ 參考文獻：...

  鳳梨薄荷。圖片來源： 維基百科 二十多年前剛回台灣時想買薄荷來種，上網一查發現有好多種薄荷！巧克力薄荷、胡椒薄荷、蘋果薄荷、鳳梨薄荷。當時想，那就都來一盆吧！ 等到植物大駕光臨時才發現，所有這些薄荷裡，觀賞價值最高的大概就是鳳梨薄荷（ Mentha suaveolens ‘Variegata’）了。鳳梨薄荷有白色的鑲邊，這讓它的觀賞價值大為提高。但是奇妙的是，鳳梨薄荷的薄荷味並不明顯，反而有淡淡的鳳梨味。 最近有研究團隊分析了鳳梨薄荷的基因體，解開了為什麼鳳梨薄荷沒有薄荷味反而有鳳梨味的謎題。 鳳梨薄荷主要生成的揮發性化合物是氧化百里酮（Piperitenone oxide），占其揮發性萜類化合物的14.77%，是主要的揮發性化合物。通常薄荷中豐富的薄荷醇（Menthol），在鳳梨薄荷中反而不佔大宗。 為什麼鳳梨薄荷不會大量製造薄荷醇呢？研究發現，雖然在鳳梨薄荷的基因體中找到了三個異薄荷酮還原酶（ISPR）的基因，但這些基因的表現都很低。由於ISPR 是薄荷醇生物合成途徑中的關鍵酵素，當這些基因的表現量低，就會導致異薄荷酮轉化為薄荷醇的過程受阻，從而累積了氧化百里酮而非薄荷醇。 研究團隊發現，鳳梨薄荷的基因體大約為414.3 Mb，有12條染色體，其中61.8%是重複序列。分析預測總共有31,688個基因，總共發現了41,135個結構變異。 比較基因體分析發現，鳳梨薄荷經歷了一次的全基因體重複事件。 薄荷屬植物常用於香料與醫藥，而其中的蘋果薄荷與鳳梨薄荷（後者是前者的變異）更是因為特別的氣味而深受消費者喜愛。期盼能有更多的研究讓我們了解這些重要的藥用植物！ 參考文獻： Hanting Yang et al. 2024. A haplotype-resolved gap-free genome assembly provides novel insight into monoterpenoid diversification in Mentha suaveolens ‘Variegata.’ Horticulture Research 11 (3): uhae022; doi: 10.1093/hr/uhae022

  圖片來源： 維基百科 從對植物與微生物之間的互動完全無知，到現在甚至可以在市面上買到共生菌配方，我們對植物與共生真菌之間的互動的知識可說是一日千里。但是，這些共生真菌是如何與植物進行有意義的互動，詳細的機制還有相當多不明瞭之處。 這些共生真菌可以分為兩類，其中一類被稱為菌根共生體（AM，arbuscular mycorrhiza ，或者稱為叢枝菌根）。菌根共生體會進入宿主根部，並在皮層中形成樹枝狀結構（叢枝），有助於營養物質的供應。菌根共生體提供磷、礦物質和水分，而植物則通過叢枝向真菌提供光合作用的產物。這種相互作用涉及了多種信號分子，如幾丁寡糖（CO）和脂質幾丁寡糖（LCO），這些信號分子被宿主植物的LysM型受體蛋白識別，從而活化共生相關的基因表現和鈣濃度的變化。 最近日本的研究團隊，以百脈根（ Lotus japonicus ）與根內球囊黴（ Rhizophagus irregularis ）之間的互動為模式，研究植物與菌根共生體之間的互動。 過去在水稻中發現了一個稱為 OsCERK1 （ Chitin Elicitor Receptor Kinase 1 ）的受器，是水稻與菌根共生體建立共生關係不可或缺的角色。 OsCERK1 在水稻中被證明能夠識別幾丁質寡糖，並參與了植物免疫和菌根共生體共生的信號傳導。 研究團隊在百脈根中找到了兩個基因跟 OsCERK1 相似，它們叫做 Lys6 和 Lys7 。因此，研究團隊建立了缺少 Lys6 和/或 Lys7 的突變株，看看這些受器在百脈根中是否與 OsCERK1 在水稻中有類似的功能。 他們發現， Lys7 在植物被菌根共生體感染後表現量顯著的上升，意味著它的確在菌根共生體感染中有重要性。 使用突變株分析發現，在 LYS6 和 LYS7 單突變株中，真菌定殖和叢枝形成顯著減少，而雙突變株根本沒有真菌感染。這意味著 LYS6 和 LYS7 在菌根共生體感染中具有不同但互補的功能。 另外， LYS6 突變株在幾丁寡糖處理後沒有出現典型的鈣離子濃度變化，而 LYS7 突變株則呈現與野生種相似的反應。也就是說， LYS6 在幾丁寡糖誘導的鈣信息傳導中有著重要的作用，對一開始的感染很重要。 研究團隊觀察 LYS6 和 LYS7 單突變株中，一些菌根共生體誘導基因（如 RAM1 、 RAM2 等）...

  各種花粉（顏色是人工著色的）。圖片來源： 維基百科 你知道植物的花粉表面有小孔嗎？這些孔隙對植物能不能成功受精很重要，因為當花粉落到雌蕊的柱頭上的時候，接下來花粉管就要從這些孔隙中長出來。所以，如果花粉上面沒有這些小孔，花粉就會長不出來，當然也就不可能受精、也就沒有種子與果實啦！ 水稻的花粉孔隙是由一個環狀結構（annulus）與一個蓋狀結構（operculum）所構成。其中最重要的步驟則是形成孔隙質膜突起（APMP，aperture plasma membrane protrusion）。 最近的研究發現，水稻有三個基因對花粉表面的孔隙形成非常重要。這三個基因是 OsSRF8 、 OsINP1 與 OsDAF1 。研究團隊讓這些基因發生突變來觀察少了它們會對水稻造成什麼樣的影響；另外，他們也使用如酵母雙雜交、雙分子螢光互補、免疫共沉澱等技術，來觀察這三個基因之間的互動。 他們發現，缺少 OsSRF8 的水稻，會出現APMP與花粉孔隙形成的缺陷，導致雄性不育；而缺少 OsINP1 也會造成花粉表面缺少孔隙；另外， OsDAF1 對於花粉孔隙的環狀結構的形成非常重要。 透過實驗，研究團隊發現 OsSRF8 在早期花藥發育階段就開始表現，在四分體階段被OsINP1招募到預定形成孔隙的區域，促進APMP的形成。而 OsINP1 與 OsDAF1 則在小孢子母細胞中就有出現，到了四分體晚期階段也開始聚集到預定形成孔隙的區域。 在OsINP1把OsSRF8招募到預定形成孔隙的區域之後，這兩個蛋白質會形成複合體，然後把OsDAF1也招募到APMP區域，造成環狀結構可以形成。由於 Ossrf8 / Osinp1 和 Ossrf8 / Osdaf1 雙突變株的性狀與單突變株一樣，這也進一步確認這些基因是在相同的遺傳路徑中發揮功能。 透過對這三個基因的研究，我們對於水稻花粉孔隙的形成有了更深入的了解，這也可以應用在其他穀類作物上。 參考文獻： Chen, K., Wang, Q., Yu, X. et al. OsSRF8 interacts with OsINP1 and OsDAF1 to regulate pollen aperture formation in rice. Nat Commun 15, 4512 (2024). https://d...

  油菜。圖片來源： 維基百科 不論你喜歡或不喜歡，有一大類的基改作物是抗除草劑的。這些基改作物的營養價值並沒有增加，純粹只是讓農民除草很方便而已。消費者不見得喜歡它們，但是農民對它們當然是相當喜愛的。 但是，從抗除草劑的作物問世以後，一直都有專家擔心，會有所謂的「超級雜草」（superweed）的出現。他們認為，當這些抗除草劑的基改作物逃逸到野外後，可能就會跟野外的祖先作物發生雜交，接著就會把抗除草劑的基因傳遞給野外的祖先。 這些年來，超級雜草也的確出現了，但好像都不是因為逃出來的基改作物造成的；於是就有科學家感到好奇，想知道到底那些逃出去的基改作物發生了什麼事？ 最近發表的研究，就是在2021年做的調查。研究團隊在2021年六月到七月間，於美國的北達科他州的主要公路上劃定了623個2x50公尺的樣區，每個樣區之間相隔8.05公里。他們在每個樣區收集了油菜樣本，測試其含有的轉殖基因。 另外，研究團隊還在一些偏遠地區進行了採樣，包括河邊棲息地以及保護區（如Sheyenne國家草原和Upper Souris國家野生動物保護區），以做為比較。 結果，他們在這些樣點中有42%發現了油菜（2010年45%的樣點有油菜），其中76%表現出至少一種轉殖基因：67%含有PAT基因（phosphinothricin acetyltransferase），即對草銨磷（glufosinate）有抗性、8%帶有CP4 EPSPS（5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase）基因，即對嘉磷塞（glyphosate，年年春）有抗性。 與2010年相比，2021年的調查帶有PAT基因的基改作物顯著增加（2010年只有49%）。相對的，帶有CP4 EPSPS基因的基改作物顯著減少（2010年有51%）。不過，所有樣區的植物量都有減少（2021年收集到9884株，2010年收集到18960株）。 研究團隊發現，在主要道路的交叉路口的基改作物數量特別高，應該是因為運輸的時候掉落的緣故。 有意思的是，研究團隊發現野生非基改油菜的比例略微增加，從2010年的19.9%到2021年的24.2%。 到底為什麼野生非基改油菜的比例會提高呢？ 研究團隊認為，可能有些基改油菜在自然環境中，因為沒有選擇壓力（除草劑），於是就失去了它們的轉殖基...

  蕨。圖片來源： 維基百科 植物與動物之間的關係可說錯綜複雜，有些動物對植物有益，有些則有害。在對植物有益的動物之中，有些動物是植物透過分泌蜜汁（nectar）吸引過來做為「護衛」的。 最近刊登在《自然通信》（Nature Communications）上的一篇論文，提到了蕨類有蜜腺（nectaries），且功能與開花植物的蜜腺類似。蕨類利用蜜腺分泌的蜜汁做為獎勵，用來招募螞蟻替它們防禦外敵。 既然蕨類的蜜腺與開花植物的蜜腺功能類似，會不會它們在演化上也有類似的進程呢？研究團隊收集了149種蕨類植物與3913種被子植物的蜜腺資料，以及1341種螞蟻與725種攝食蕨類的節肢動物的資料，透過系統發育比較，研究了蜜腺的演化起源、分化及可能的驅動因素。 這149種蕨類中，包括了台灣原生的小葉海金沙（ Lygodium microphyllum ，有蜜腺毛，能分泌蜜汁）以及蕨（ Pteridium aquilinum ，有色素化的隆起蜜腺）；另外還有如 Gymnosphaera henryi （有隆起狀的蜜腺，分布在中國南方、印度支那）、 Pleopeltis thysannolepis （腹面有蜜腺孔，顯微鏡下可見）、 Drynaria pilosa （背面有蜜腺孔，顯微鏡下可見）、 Drynaria speciosa （有杯狀的蜜腺）等。 他們發現，蕨類植物蜜腺起源的時間與開花植物大致相同，大約是在白堊紀。不過，蕨類植物蜜腺的分化後來有大約一億年的延遲，研究團隊認為可能是因為新生代吃蕨類的節肢動物崛起，影響了蕨類蜜腺的分化速度。 有意思的事情是，為什麼吃蕨類的動物變多了，反而造成蜜腺分化速度變慢呢？或許是因為遺傳變異的累積需要時間、或許當時蕨類已經有其他有效的防禦策略（如化學或物理防禦），使得蕨類的蜜腺不是首當其衝的因應策略？也有可能雖然蕨類已經在白堊紀取得了招募螞蟻的能力，但這個關係還不是很穩定，所以還不能做為第一線的防禦？不論如何，這大概不是我們以目前的資料能回答的問題。 另外，蕨類植物的蜜腺型態相當多元，有些有微小的蜜腺毛（如小葉海金沙）、有些有隆起的蜜腺（如蕨）、有些蜜腺有杯狀的結構（如 Drynaria speciosa ）；這些發現顯示蜜腺在不同蕨類植物科和屬之間曾發生過多次的獨立演化。 最後，蜜腺在蕨類以及開花植物中的趨同演化，顯示...

  三種毛毛蟲以及牠們的捕食者。圖片來源： PNAS 你是否曾經覺得「毛毛的」，然後就發現可能有人在注視你？最近歐洲的研究發現，毛毛蟲能感應捕食牠的黃蜂發出的靜電！ 因為電荷在自然界中普遍存在，且動物和植物幾乎總是帶有電荷。然而，這些電荷在生態中的潛在作用長期以來並沒有被充分研究 。之前的研究已發現，許多飛行昆蟲會累積靜電，這可能造成其周圍的電場被擾動 。如果這些擾動能被牠們的獵物偵測到，是不是就可以提供關於捕食者存在和位置的信息，讓這些獵物們可以提早應對呢？ 研究團隊決定選取朱砂蛾（ Tyria jacobaeae ）、孔雀蛺蝶（ Aglais io ）以及 Telochurus recens 這三種鱗翅目動物的幼蟲來做實驗。他們先測量黃蜂的靜電荷，發現黃蜂攜帶的靜電荷平均約8.81皮庫侖，毛毛蟲則靜電荷較低。 接著，他們把毛毛蟲暴露在模擬黃蜂電場下，觀察毛毛蟲會不會出現一些防禦行為。模擬黃蜂電場由180 Hz的正弦波組成，每2秒一次電場脈衝，間隔2秒，持續到實驗結束。 結果發現，當毛毛蟲被暴露在模擬黃蜂電場下時，會觸發防禦行為，如卷曲、防禦性擺動和咬擊行為。朱砂蛾保持卷曲的時間顯著增加，從卷曲狀態開始行走所需的時間也顯著延長； T. recens 從卷曲狀態解除的時間顯著增加；而孔雀蛺蝶的幼蟲擺動的時間顯著增加，甚至還會對電極進行咬擊！ 所以，研究團隊發現毛毛蟲們可以檢測到捕食者所釋放的電場，並將其視為威脅，從而觸發防禦行為 。這個發現意味著靜電在捕食者與獵物互動中的重要性，並為進一步研究自然界中的電感應提供了基礎 。 參考文獻： Sam J. England & Daniel Robert. 2024. Prey can detect predators via electroreception in air. PNAS 121 (23): e2322674121; doi: 10.1073/pnas.2322674121

  圖片來源：維基百科 人類可能不是唯一對咖啡有「癮頭」的動物。之前，因為有些植物的花蜜中有咖啡因，讓科學家們去研究咖啡因是否對蜜蜂會有影響，也得到了肯定的答案。喝咖啡的蜜蜂，對花蜜所在位置的記憶能力顯著提高，還會一直重複去造訪。 最近有一群科學家，想知道咖啡因對其他的昆蟲是否也有影響？雖然過去也曾有其他的研究團隊做過研究，但是他們只有使用了單一劑量的咖啡因。 於是，他們使用了阿根廷螞蟻（ Linepithema humile ）來進行測試。研究團隊設置了一個用水壕圍繞的紙質平台，螞蟻從入口處進入平台尋找獎勵。獎勵可能是純蔗糖水、或是含有25 ppm、250 ppm或2000 ppm的咖啡因的蔗糖水。 研究團隊用攝影機記錄螞蟻在第一次找到獎勵之後，接下來要花多少時間才能找到獎勵。結果發現，當螞蟻喝了含有25 ppm咖啡因的蔗糖水溶液後，牠下次找到食物的時間平均縮短27.8%（範圍：5.7% 到 50.0%）；如果喝了含有250 ppm咖啡因的蔗糖水溶液，則下次找到食物的時間平均縮短43.5%（範圍：19.5% 到 67.6%）。而且，螞蟻走的路徑變得比較直。 但是，就像我們也不能喝太多咖啡一樣，喝了含有2000 ppm的咖啡因的蔗糖水的螞蟻，不但找到食物（蔗糖水溶液）的速度反而變慢，甚至還出現了毒性反應。而且，螞蟻走的路徑也沒有變得比較直。事實上，2000 ppm 的咖啡因在蜜蜂中其實是致死劑量（LD50）。 這些研究結果顯示，咖啡因對螞蟻的影響具有劑量依賴性，低至中等濃度能夠改善覓食效率，而高濃度則會產生毒性效應，導致行為和生理功能的負面影響。 這個對食物的記憶，不知道是不是跟我們覺得喝了咖啡精神會變好，是類似的效果呢？ 參考文獻： Henrique Galante, Massimo De Agrò, Alexandra Koch, Stefanie Kau, Tomer J. Czaczkes. Acute exposure to caffeine improves foraging in an invasive ant. iScience, 2024; 109935 DOI: 10.1016/j.isci.2024.109935

  圖片來源：EMBO Reports 被子植物演化出了「雙重受精」，使它得以稱霸地球。目前認為，被子植物應該是在侏羅紀和下白堊紀期間出現。雙重受精牽涉到兩個精細胞要分別與卵和中央細胞融合。然而，演化使精細胞失去了運動能力，需要藉助花粉管將其送到深埋在雌蕊基部的胚珠，才能完成植生大事。 過去的研究結果讓我們知道，植物跟動物一樣，不會出現所謂的多重受精的狀況。但是，到底受精的過程中發生了什麼事，以及如果有多個花粉管朝向一個胚珠前進時，植物如何防止多重受精（polyspermy）的發生，仍然未知。 最近，日本名古屋大學的研究團隊發明了一種「雙光子活體成像」（two-photon live imaging）的技術，可以針對單個花粉管進行即時影像分析。 首先，要先確認是不是真的會有多個花粉管對到一個胚珠的狀況。研究團隊觀察到野生種Col-0的阿拉伯芥每朵花有46.8±3.3個胚珠，而授粉後18小時每朵花的花粉管數量為70±3.6。也就是說，多個花粉管對到一個胚珠的狀況的確會發生。 那麼，植物是否也有阻斷多重受精的機制呢？ 研究團隊找了 gcs1 、 fer 、 lre 、 maa1 、 maa3 和 myb98 的突變株來觀察。這些基因過去已經知道與植物的受精有關。結果發現，在 fer 突變株中，出現了多管（polytubey）--多根花粉管進入單個胚珠--的現象，顯示這個基因對於防止多管是最重要的。另外， lre 也非常重要。另外還有 ANJ 與 HERK1 ，他們與 FER 共同組成了一個受體樣激酶複合體，在協同細胞中表現。 另外，研究團隊也發現，在花粉萌發初期，協同細胞會釋放被稱為LUREs的小分子肽，用來吸引花粉管朝胚珠生長；但是當第一根花粉管到達胚珠時，FER受體就會送出信號，讓協同細胞釋出硝酸鹽，使LUREs對花粉管的吸引力下降，防止多個花粉管進入同一個胚珠。 研究團隊認為，植物應該還有其他的排斥信號來協助阻止多管受精，但還需要進一步的研究來找到詳細的機制。 所以，植物與動物一樣，也有特別的機制阻止多管受精！ 參考文獻： Yoko Mizuta, Daigo Sakakibara, Shiori Nagahara, Ikuma Kaneshiro, Takuya T Nagae, Daisuke Kurihara, Tetsuya ...

  圖片來源：維基百科 番茄現在已經是很常見的蔬菜，很難想像在16世紀以前，除了中美洲的一群人，其他人都不知道番茄是什麼。 從早期的不敢吃到現在有些族群（如義大利人）「不可一日無此君」，想想真的是蠻奇妙的。 最近的研究發現，番茄不但含有豐富的營養，還有殺菌的效果。 研究團隊先製備番茄汁，然後將90 µL番茄汁與10 µL細菌（濃度為10 3 CFU/ml）混合；接著等待若干時間後再塗到培養皿上觀察（控制組為PBS）。 結果發現：處理2小時可以減少75%的CFU，處理24小時可以減少95%的CFU，顯示番茄的確有抗菌效果。 於是研究團隊使用過濾膜逐批過濾，發現番茄汁的抗菌活性是小於10 kDa的分子。最後他們找到了兩個小分子肽，被稱為tdAMP-1與tdAMP-2。這兩個小分子肽都是透過破壞細菌的細胞膜來達成殺菌的效果。其中tdAMP-2的效果更好。 進一步的測試發現，這兩個抗菌肽對沙門氏桿菌也有效果：tdAMP-1的最小抑菌濃度（MIC）為32 µg/mL，tdAMP-2的MIC為16 µg/mL。雖然與Ciprofloxacin（MIC為0.004 µg/mL）比起來，並沒有特別出色的表現，但是這兩個抗菌肽對具有抗藥性的沙門氏桿菌還是有效，意味著它們還是有其特殊之處的。 參考文獻： Kwon RS, Lee GY, Lee S, Song J.2024.Antimicrobial properties of tomato juice and peptides against typhoidal Salmonella. Microbiol Spectr12:e03102-23.https://doi.org/10.1128/spectrum.03102-23

  布朗輪藻。圖片來源： 維基百科 當植物第一次「登陸」時，馬上就面對種種問題：乾旱、輻射、劇烈的溫度變化、為了獲取足夠的光能必須要讓自己挺直地站立。為了生存，植物演化出了各種不同的策略，有些成功、有些失敗，而木質素（lignin）的出現，可以說是幫助植物在陸地上站穩腳跟的重要里程碑之一。 木質素由三種苯丙烷單體（monolignol）構成，它們會彼此發生交聯（crosslink）組成木質素。這三種苯丙烷單體分別是H-木質素（p-hydroxyphenyl lignin）、G-木質素（guaiacyl lignin）以及S-木質素（syringyl lignin）。這三種木質素在植物中的分布有所不同，一般來說，蕨類與裸子植物主要由G-木質素組成，另外還有少量的H-木質素；而被子植物則是三種木質素都有，但是H-木質素較少。 從它們在植物中的分布可以這麼推論：S-木質素應該是比較晚出現的種類。有意思的是，S-木質素在結構上比另外兩種木質素要簡單，這使得它更容易被分解為簡單的芳香族化合物，讓它在應用上的價值提高。 先前的研究發現，S-木質素的合成需要細胞色素b5（稱為CB5D）以及阿魏酸-5-羥化酶（稱為F5H）共同作用。因此，他們想知道到底CB5D是什麼時候開始與F5H組隊的？ 於是他們看了21種植物，包括2種綠藻、2種輪藻、3種苔蘚植物、1種石松、3種蕨類、4種裸子植物以及6種被子植物。他們把阿拉伯芥的CB5D基因給剔除，然後將這些植物中的候選基因轉入這個突變株，看看這些植物的細胞色素b5是否有CB5D的功能，也就是說，它們能不能跟F5H合作。 結果發現，在輪藻（Charophyceae）中的布朗輪藻（ Chara braunii ）的細胞色素b5具有CB5D的功能！綠藻的細胞色素b5並不具有CB5D的功能，而苔蘚植物中的角苔（ Anthoceros agrestis ）的細胞色素b5也不具有CB5D的功能。但是，只有被子植物有S-木質素！ 也就是說，雖然輪藻、苔蘚、石松、蕨類、裸子植物都沒有S-木質素，但是它們的細胞色素b5卻已經有能力與F5H合作了。 輪藻大約在五億年前就出現在地球上。或許可以這樣說：當時的細胞色素b5雖然已經有CB5D的功能，但直到後來植物上了陸地之後，這個功能才變成「特殊技能」，與F5H組隊，正式派上用場。 參考文獻：...

  27天大的番茄。圖片來源：維基百科 大家都聽過「雜交優勢」（heterosis），就是兩個不同品系（但是同種）的生物雜交後，表現得比原來的父母系都好。也因為這樣，所以有些農作物其實是所謂的「雜交品系」（F1 hybrid）。 但是雜交品系的農作物，農夫無法留種。為什麼呢？因為雜交品系的作物，在繁殖的時候，造成它們生長優勢的基因會在配子形成時，因為減數分裂（meiosis）而發生基因的重組與分離，所以「好」的基因組合在下一代就不會維持了。 因此，農夫一定要每年都跟種子商購買雜交品系的種子。不過，由於親代在生成配子時都是要進行基因的重組與分離，所以雜交品系的種子也不是每一棵都表現得很好。 有沒有什麼辦法讓雜交品系的每一個子代都可以有好的表現呢？ 既然雜交品系子代表現不穩定是因為生成配子時基因要經歷重組與分離，德國普朗克研究所的科學家們就想到，如果可以不讓植物在形成配子時發生減數分裂，是不是就可以完整的保留整套親代的基因了？ 於是他們做了許多研究後發現，有三個基因對減數分裂的發生很重要： SlSPO11-1 、 SlREC8 、 SlTAM 。 這三個基因有什麼功能呢？ SlSPO11-1 在減數分裂I期會引發雙鏈DNA斷裂，這是同源重組的起點； SlREC8 參與同源染色體的配對和聯會（synapsis），確保同源染色體在減數分裂I期正確分離； SlTAM 基因參與控制減數分裂的紡錘體組裝，讓染色體能夠正確的被分離到子細胞中。 研究團隊認為，如果讓這三個基因都失去功能，那麼同源染色體重組無法發生、同源染色體也無法配對與聯會、紡錘體也無法正常組裝，就會產生沒有進行減數分裂的配子（二倍體配子）了！ 當然，大家可能馬上就想到： SlTAM 基因會不會也對有絲分裂造成影響呢？畢竟有絲分裂也要用紡錘體啊？由於 SlTAM 主要是在減數分裂時發生作用，所以它的突變並不會對有絲分裂產生影響。 於是，研究團隊就使用基因編輯技術，把這三個基因給剔除。最後，他們得到了三個基因都剔除的三個不同品系的番茄。 接著，他們確認了這三個基因編輯過的番茄品系都沒有進行減數分裂，然後對這些番茄進行了雜交，得到四倍體植物。 由於這個系統在形成配子時不會進行減數分裂，而是進行有絲分裂（mitosis），於是研究團隊就把這個系統稱為MiMe系統：MiMe的意思是「有絲分裂取...

  水稻。圖片來源：維基百科 動物有免疫系統，而動物的免疫系統設置了一些防止發生自體免疫反應的方法；植物的免疫系統是否也有防止植物發生自體免疫反應的方法呢？ 最近對水稻免疫的研究，有了一些有趣的發現。 這次我們的主角是一個稱為 OsCERK1 的受體激酶（receptor kinase）。說它是受體激酶，意味著這個分子可以偵測到某些分子（在這裡是真菌的幾丁質與細菌的肽聚糖），然後去磷酸化下游的分子，啟動（防禦）反應。 研究團隊發現，水稻裡還有另一個分子，稱為 OsCIE1 。 OsCIE1 會泛素化（ubiquitination） OsCERK1 ，讓 OsCERK1 的激酶活性下降。 而 OsCIE1 主要發揮功能的時機，就是在沒有病原體（真菌或細菌）入侵的時候。這時候的 OsCIE1 會經由泛素化 OsCERK1 ，讓 OsCERK1 不會去磷酸化別人，造成自體免疫反應。 研究團隊怎麼會找到 OsCIE1 的呢？原來他們是利用免疫沉澱發現 OsCIE1 會跟 OsCERK1 發生互動。進一步使用酵母雙雜交試驗，也確認了它們之間的關係。 但是，不論是免疫沉澱或酵母雙雜交試驗，都是活體外的測試，與活體的情況還是有所不同。於是，研究團隊生成了 OsCIE1 突變株，結果少了這個基因的水稻，出現了過度的免疫反應：氧化還原反應增強、抗病能力提升。另外，這個突變株的MAPK（位於 OsCERK1 下游的激酶）在沒有幾丁質處理的狀況下有活化的現象，說明了 OsCIE1 的確會抑制這條防禦路徑。 序列分析發現 OsCIE1 是一個泛素連接酶，也就是說，它會把泛素（ubiquitin）這個小小的蛋白質連接到其他的蛋白質上面。 所以， OsCIE1 會不會泛素化 OsCERK1 呢？研究團隊利用了體外泛素化試驗，初步證明了 OsCIE1 的確會泛素化 OsCERK1 ，然後，讓水稻表現更多的 OsCIE1 後，發現 OsCERK1 的泛素化增加了。 許多蛋白質在被泛素化之後，都會被送到26S蛋白質體去分解。那麼 OsCERK1 被泛素化之後會不會被分解呢？ 答案是：不會。研究團隊用環己醯亞胺（cycloheximide）來抑制蛋白質的合成，看看 OsCERK1 會不會減少。結果發現 OsCERK1 的半衰期沒有什麼明顯的變化，顯示 OsCERK1 被泛...

  猴麵包樹。圖片來源： 維基百科 看過《小王子》的讀者，應該都對裡面提到的「巴歐巴」（Baobab）印象深刻吧！小時候讀《小王子》時，以為那是虛構的植物，長大後才知道，原來所謂的「巴歐巴」就是猴麵包樹（ Adansonia 屬）。 猴麵包樹只分布在馬達加斯加、非洲、澳洲西北部，任何人第一次看到它，大概都會被那雄偉的型態給震懾。或許是因此，所以才被寫入《小王子》書中。 過去對於猴麵包樹的起源有不同的說法。有人認為起源於非洲大陸、有人認為起源於馬達加斯加。最近的基因體研究發現，猴麵包樹最有可能起源於馬達加斯加。 透過一項國際合作，英國的邱園與中國的科學家們完成了所有八種猴麵包樹的定序，並進行分析。他們發現，現存的八種猴麵包樹中，馬達加斯加的六個種之間形成了一個獨立的譜系，與非洲的A. digitata以及澳洲的A. gregorii之間都存在著顯著的遺傳差異。 另外，馬達加斯加是現存猴麵包樹物種最多的地區，這也支持了猴麵包樹應該起源於馬達加斯加的說法。許多以其他物種進行的研究都發現，通常多樣性最高的地方就是物種最早出現的地方。 以染色體數量來說，非洲的猴麵包樹是四倍體，有168條染色體；澳洲的猴麵包樹是二倍體，有88條染色體。至於馬達加斯加的猴麵包樹都是二倍體，大部分的具有88條染色體，只有A. perrieri與眾不同，有84條染色體。 根據分子時鐘的分析，研究團隊發現，猴麵包樹的共同祖先大約在4100萬年前出現，而馬達加斯加的猴麵包樹則在2060萬到1260萬年前（與馬達加斯加的地質變遷時期相吻合）開始演化出不同的物種。 另外他們也發現，在馬達加斯加島上不同種的猴麵包樹之間存在著顯著的基因流動，應該是因為雜交造成。 同時，研究團隊也呼籲，現存的這八種猴麵包樹中，A. perrieri已經極度瀕危，而A. suarezensis 與A. grandidieri也狀況不佳。 值得注意的是，A. za因為生態適應能力比較好，所以當它與其他的猴麵包樹共存時，經常都是它取得優勢；但很不幸的，極度瀕危的A. perrieri其分布範圍卻與A. za重疊，對已經極度瀕危的前者來說，這是很不利的。另外，研究團隊也觀察到這兩種猴麵包樹會發生雜交，這樣會影響到A. perrieri的遺傳純度以及物種特異性。 透過對這些「顛倒樹」（upside down ...

  圖片來源：Nature 當植物面臨高溫時，會啟動一系列反應來保護自己，包括關閉氣孔降低蒸散作用、表現熱休克蛋白以維護許多蛋白質的功能、合成離層酸（ABA）與茉莉酸（JA）以進一步啟動耐熱反應等。最近的研究發現了一種名為TWA1的蛋白質，它在植物如何感知和應對高溫中扮演了關鍵角色。 科學家是在研究植物對離層酸的反應時，發現了一些對ABA特別敏感的植物突變體。他們進一步發現，這些突變體在高溫下比普通植物更容易受損，從而注意到TWA1的作用。 研究團隊使用了pHB6:LUC報導基因，這個報導基因在ABA存在時會表現出螢光信號，使他們可以檢測植物對ABA反應是否有變化 。他們進行EMS誘變，篩選出對ABA超敏感的突變體。 接著他們測試了這些ABA超敏反應突變體在溫度變化下的表現，發現當溫度從17°C升高到27°C時，報導基因的表現增加了超過100倍。透過這些實驗，研究人員找到了 TWA1 。 預測TWA1蛋白包含1300個胺基酸 。這些胺基酸組成了一個本質無序的蛋白，該蛋白具有兩個可能的乙烯反應元件結合因子相關的兩性抑制（EAR）基序（LxLxL） 。 研究團隊注意到TWA1的胺基端含有一段高度變化的區域（Highly Variable Region, HVR），這個區域在不同植物之間的變異性很高 。他們發現阿拉伯莧菜（ Arabidopsis lyrata ）的TWA1（AlTWA1）在20°C下即可支持酵母生長，而阿拉伯芥的TWA1需要更高的溫度（約30°C） 。 胺基端的變異性有多重要呢？研究團隊將胺基端前554個胺基酸刪除，發現這麼一來它就無法抑制基因表現了。 更有意思的是，當他們把阿拉伯莧菜的HVR區域換到阿拉伯芥的TWA1上，形成嵌合體，結果這個嵌合體在溫度感應上模仿了阿拉伯莧菜的TWA1行為，證實了HVR區域對溫度感應的重要性 。 到底TWA1怎麼作用呢？研究團隊利用FRET-FLIM技術，在酵母菌和植物細胞中分析了TWA1與JAM2和TPL蛋白的相互作用。結果顯示，在高溫下（30°C），TWA1在細胞核亞區域內與JAM2和TPL結合，而這種結合在低溫（20°C）下是測不到的 。 進一步的分析顯示，胺基端和羧基端在低溫（17°C）下是接近的，但在高溫下這兩端分開，顯示出溫度引起的構形改變 。 所以，TWA1蛋白在高溫時會改變形...

  長壽花。圖片來源： 維基百科 長壽花（ Kalanchoë blossfeldiana ）大家一定很熟悉，過年前後在花市很容易看到它們。小時候看到的是單瓣，近幾年來也有重瓣長壽花問世，蠻受歡迎。不過，長壽花其實是原產於馬達加斯加，最早有紀錄的文獻出現於1934年。它的屬名「Kalanchoë」是來自於「伽藍菜 gāláncài」。 這麼普通的植物，卻有一個神奇的技能：它可以同時進行C3與CAM代謝。有些植物可以在C3與CAM代謝之間轉換（如冰花 Mesembryanthemum crystallinum ），但是要同時進行兩種代謝形式，我倒是沒聽過。 過去的研究發現，長壽花的成熟葉可以進行CAM代謝，嫩葉則只進行C3代謝。既然說成熟葉「可以」進行CAM代謝，意味著它也不必然一定會。 什麼因素可以讓它的成熟葉進行CAM代謝呢？最近的研究發現總共有三個因素：乾旱、離層酸（ABA）、葉片老化。 研究團隊發現，隨著葉片老化，CAM基因的表現量也跟著上升。研究團隊發現，當長壽花長出第9對葉片時，從底部數起的第3對葉片開始出顯顯著的CAM基因表現。研究團隊觀察到核心CAM基因表現（如PEPC和PPCK）的顯著增加。 PEPC是磷酸烯醇丙酮酸（PEP）羧化酶（PEP carboxylase），負責將重碳酸根加到磷酸烯醇丙酮酸上，是C4與CAM植物固碳的第一個步驟；而PPCK負責磷酸化PEPC，使PEPC活性上升，可以抓更多的碳。 除了老化之外，乾旱以及外加的離層酸，都可以讓長壽花的CAM基因表現量上升；另外，研究團隊還發現，短日照和氮素缺乏也可以誘導長壽花表現 CAM 相關基因。 透過一種新的定序分析方法，研究團隊發現長壽花的嫩葉與成熟葉在黃昏時的基因表現差異相當大，主要是與CAM代謝相關的基因出現不同。他們發現，成熟葉片共有685個基因在黃昏時表現量上升，而另外的1491個基因表現量下降。這些表現量上升的基因，許多都與CAM代謝有關。這些表現量上升的基因，也包括了澱粉分解途徑的基因，意味著CAM植物的確在夜間會分解澱粉。 而在黃昏時表現量下降的1491個基因，包括了與光合作用的光反應、電子傳遞鏈、醣解作用、檸檬酸循環、壓力反應與信息傳導等基因，顯示植物在晚上因為光線狀況變化所產生的因應措施。植物降低這些方面的活動，但是提升與CAM代謝途徑相關的活動...

  圖片來源： PNAS 種田，就是要跟各種各樣的生物搶吃的。「種豆南山下，草盛豆苗稀」」並不是只有草的問題而已，豆苗稀可能是因為蟲害造成豆苗長得不好。 當然，使用農藥（殺蟲劑）可以控制蟲害，讓作物的產量提升；可是隨著農藥的使用，許多蟲對農藥都發展了抗性。這時候，只好使用一些比較難讓蟲兒們發展出抗性的東西，如黏蟲板（sticky trap）。 但是黏蟲板會「玉石俱焚」--益蟲害蟲全部一起黏，這些益蟲也包括授粉者；這樣的狀況對作物的收穫會造成非常大的影響。 所以，要怎麼辦呢？ 荷蘭的研究團隊，從植物的腺毛（glandular hair）得到了靈感，想到：如果可以製作能產生夠小的顆粒的油滴，模仿腺毛把小蟲黏住，是不是就可以有效滅蟲？ 他們試驗了幾種油，包括米糠油（rice germ oil）、亞麻籽油（linseed oil）和橄欖油（olive oil）​。把這些油加上增稠劑、介面活性劑以及穩定劑。然後，他們把配好的溶液用農業用的噴霧器噴在培養皿以及活體植物上測試，看看這些配方哪些對於黏住花薊馬（Frankliniella occidentalis）最有效。 結果發現，使用米糠油的配方最有效。他們發現，能產生1-1.4毫米大小顆粒的配方在45小時內對花薊馬的黏附效果最佳，其死亡率（60%）顯著高於對照組（未處理顆粒）。而且，這個配方並沒有對植物造成明顯的傷害。 不過，為了讓米糠油有足夠的黏性，研究團隊把米糠油在90°C下加熱11.5天，並通入壓縮空氣進行氧化。處理後的油會冷卻至室溫，然後再加入藻酸鈉（alginic acid sodium salt，增稠劑）、非離子分子介面活性劑F108以及交聯的藻酸鈣（CaCl 2 ，穩定劑）。 這些物質在溶液中的濃度是：氧化的米糠油5%、增稠劑2%、介面活性劑0.25%、穩定劑1%，與總體積比為2:9。 這個配方儲存18個月後仍能保持黏性。米糠油是經濟實惠的原料，在工業上已被廣泛使用。此外，製備配方需要的氧化處理和研磨，都是常見的實驗室設備和技術，意味著這些步驟在工業生產中是可行的。或許可以考慮在進一步研究這些材料的生物分解性以及對其他昆蟲（如捕食蟎和授粉者）的潛在影響、確認可行後將之商品化，來消滅那些討厭的害蟲。 參考文獻： PNAS. 2024. https://doi.org/10.1073/...

  圖片來源： 維基百科 有許多病毒可以感染植物。過去的研究發現，大部分的病毒都有所謂的「移動蛋白」（movement protein），幫助他們在植物體內完成「流毒無窮」的工作。這些移動蛋白非常多樣，作用的機制也個個不同[1]。 但是，既然我們一開始就說是「大部分」病毒有移動蛋白，這就意味著還是有小部分的病毒沒有移動蛋白。那麼，這些沒有移動蛋白的病毒，又如何在植物體內「開枝散葉」呢？ 最近的一個研究[2]，讓我們明瞭了這類病毒的一些手段。 我們的主角是柑橘黃脈相關病毒1和2（CY1和CY2）。研究團隊分析了CY1和CY2的基因體，發現它們缺少傳統的移動蛋白基因。 缺少移動蛋白，但是它們還是可以感染植物。於是研究團隊再仔細看了一下這兩隻病毒。 結果發現，其中的CY2有個稱為 ORF5 的基因，跟移動蛋白有點像。他們研究了一下發現，這個基因並不是病毒的必須基因（也就是說，沒了它，病毒還好好的），但是有了它植物感染的症狀出現得更早，意味著它可能有助於加速病毒在植物體內的傳播；另外，在有它的狀況下，可以在植物體內偵測到病毒樣顆粒，顯示它可能參與病毒顆粒的組裝或穩定病毒顆粒的結構。 而CY1則連有點像移動蛋白的基因都沒有。研究團隊認為，會不會CY1借用了宿主的蛋白質呢？畢竟草船借箭這種行為病毒常常做。 於是研究團隊把病毒的基因體用放射性同位素標定，然後用它去跟植物的蛋白質結合，看看哪個植物蛋白質可以跟它結合。 結果找到了一個稱為PP2（phloem protein 2）的蛋白質。為了測試PP2是不是與病毒移動有關，研究團隊使用病毒誘導基因沉默技術，把PP2的表現降低。結果發現，當PP2表現被抑制時，CY1病毒在植物體內的累積也跟著明顯降低，意味著PP2在病毒移動中的重要性。 所以，對於如CY1與CY2這類沒有移動蛋白的植物病毒，他們還是想方設法讓自己可以在植物體內「開枝散葉」，達成「流毒無窮」的目的，真的太厲害啦！ 參考文獻： [1] Ana, Butković., Valerian, V., Dolja., Eugene, V., Koonin., Mart, Krupovic. (2023). Plant virus movement proteins originated from jelly-roll capsid proteins....

  Cyanobium bacillare。圖片來源 能夠進行光合作用的生物，包括了植物與細菌。可不要小看小小的細菌，它們所進行的光合作用，佔了所有光合作用的一半喔！ 但是，光合作用需要陽光、二氧化碳、水這三種原料。陽光只要太陽出來就可以了，水與二氧化碳則需要從環境中吸收。 對植物來說，它們有葉片，可以幫助它們把二氧化碳（大氣中的以及自己進行呼吸作用產生的）關在葉片裡，提高二氧化碳的濃度，讓光合作用的效率提升。但是單細胞的光合細菌（包括細菌與藍綠菌），要怎麼濃縮二氧化碳呢？ 細菌們還是有一些小撇步的。有些細菌（如某些藍綠菌）有α-羧體（α-carboxysome）可以幫忙它們抓到需要的氣體；另外的一些細菌（部分藍綠菌與proteobacteria）則有β-羧體（β-carboxysome），也承擔著類似的功能。它們主要的不同是在於它們裡面的「魯必斯科」（RuBisCo）--這個負責把二氧化碳變成糖的酵素。 除了「魯必斯科」，α-羧體裡面還有碳酸酐酶（CA，carbonic anhydrase），負責加速二氧化碳和碳酸氫鈉之間的轉換，從而提高羧體內的二氧化碳濃度，提升光合作用效率；另外還有負責控制物質進出的外殼蛋白以及對碳酸酐酶與「魯必斯科」活性很重要的鋅和鎂等金屬離子。 最近有一群科學家發現， Cyanobium sp. PCC7001（以下簡稱PCC7001）這種藍綠菌所有的α-羧體很特別。怎樣的特別呢？ 原來，PCC7001的α-羧體裡面的碳酸酐酶的活性，可以被「魯必斯科」的受質（RuBP）調節。研究團隊發現碳酸酐酶可以與RuBP形成一個晶體，這個晶體的結構分析以後發現，RuBP坐在碳酸酐酶接口附近的正電荷口袋內，與碳酸酐酶形成氫鍵。 酵素動力學的實驗發現，RuBP以濃度依賴的方式活化碳酸酐酶，由於它不是去佔領碳酸酐酶的反應活化位址，這樣的現象被稱為「異構調節作用」（allosteric regulation）。 研究團隊覺得這個現象非常有趣，但是，是否所有的羧體（α-羧體與β-羧體）都有呢？ 首先，研究團隊發現，RuBP與碳酸酐酶的結合位置具有高度的專一性，這種結合位置在化學自營型細菌的碳酸酐酶中沒有觀察到。這顯示了這種特殊的調節機制，可能只在α-羧體中存在。 其次，透過對相關蛋白質序列和結構的分析，研究團隊發現與RuBP相互作...

  圖片來源：維基百科 發源於地中海區域的花椰菜（cauliflower， Brassica oleracea L. var. botrytis ）是甘藍家族中唯二專門產生可吃的花的蔬菜（另一個是青花菜）。雖然對台灣人來說，可能比較熟悉的就是花椰菜而不是青花菜（broccoli），但是在歷史上，青花菜是老大哥，花椰菜是小老弟。甘藍家族大約在公元前六世紀被希臘人馴化，青花菜在羅馬帝國時期已經出現；而花椰菜的出現，還要再等個幾百年。 雖然花椰菜可能是青花菜的白化種，但是兩種菜的採收時機並不相同。花椰菜要在花苞與花梗尚未分化之前就採下，而青花菜則是取食它的花莖與花蕾球，所以要等到花苞出現才能採收喔！仔細用放大鏡來看，就可以看到青花菜有很完整的花苞構造，但是花椰菜並沒有。也因為這樣，英文都是用「curd」這個字來形容花椰菜的「花球」。 由於大家在挑選花椰菜時，總是會挑選花球構造緊密的，所以能長出緊密花球的品系，當然就是農夫的心頭好。最近有一個大規模的花椰菜基因研究就發現，原來決定花椰菜的花球形狀的基因，不是一個、也不是兩個、而是三個。 中國的研究團隊，建立了一個包括971個不同花椰菜及其近親種的全面性基因體變異圖譜。他們使用了69,275個分子標誌（SNPs）來建構花椰菜及其近親種的最大概似（ML）樹，從而探討了不同花椰菜亞種之間的演化關係。 研究團隊發現，對於花球形成，有三個MADS-box基因（ CAULIFLOWER1 、 CAL2 和 FRUITFULL ）扮演了重要的角色，對花球的形成有正向的影響。其中 CAULIFLOWER1 ( CAL1 ) 和 CAL2 與阿拉伯芥（Arabidopsis）的 APETALA1 ( AP1 ) 有相似的功能：調控花序的形成。在花椰菜中， CAL1 和 CAL2 被認為是促使花序形成花球而不是正常花朵的關鍵因素。它們影響花序分生組織（inflorescence meristem），導致其形成緊湊的、未開花的花球結構。而 FUL2 在阿拉伯芥中控制花序分生組織的停止生長和壽命。在花椰菜中， FUL2 的作用類似，它調控花序分生組織的發育，從而影響花球的形成和成熟。研究團隊發現， FUL2 的表現產生變異時，可能會進一步影響花球的密度和大小，這對花椰菜的品質和產量具有直接影響。 除了這三個基因，研...

  歐洲赤松。圖片來源：維基百科 種樹不比種花。種花可以「一日看三回」，可以每天幫它澆水、施肥，種樹，尤其是造林，施肥或許還辦得到，澆水就比較為難了。 所以，種樹造林一定要慎選地點與樹種，免得一番功夫全部白費。 但是，在氣候變遷正在發生的此時此刻，過去的經驗可能完全派不上用場。還好，隨著科技進步，我們可以用先進的科技收集更多的數據。 最近的一個研究，就是使用了所謂的航空雷射掃描（ALS，Airborne Laser Scanning）來進行，以10 m x 10 m的方格來掃描，取得數據。 研究團隊選取了位於瑞典北部的Krycklan Catchment，一處總面積68平方公里的人工林地。 除了用航空雷射掃描，他們也在田間進行實地調查，包括樹木測量和土壤樣品分析。他們根據地景位置和植被分布模式，對樹木生長地的土壤進行了分類，這些分類反映了不同的土壤水分條件。 除此之外，他們還收集了如深度水指數（Depth to Water index, DTW）和地形濕度指數（Topographic Wetness Index, TWI）等地形指數（Terrain Indices），來模擬土壤水分條件。 這個區域的森林覆蓋率為87%，主要由三種樹種組成：歐洲赤松（Scots pine, Pinus sylvestris ），佔63%；挪威雲杉（Norway spruce, Picea abies ），佔26%；還有散佈在前兩者之間的白樺 （ Betula pendula ） 和毛白樺 （ Betula pubescens ）。 歐洲赤松偏好排水良好的沙質或砂質土壤。它能耐旱且對排水不良的土壤比較敏感；挪威雲杉對潮濕的條件有更好的耐受性，但仍然偏好排水良好的土壤；兩種白樺則比較能夠適應多樣的生長條件，包括潮濕土壤。 總體來說，這些樹種通常更適合於中等到稍潮濕的土壤條件，並且排水狀況良好是它們健康生長的重要條件。極端的潮濕或水淹條件都可能對它們造成壓力，降低生長速率和生產力。 研究團隊在2015與2019年做了兩次調查，結果發現，中等水分條件的區域顯示出最高的林木生產潛力；而當土壤水分增加時，樹木生長明顯的下降。 考慮到這些樹種並不特別耐濕，這樣的結果並不出人意料。不過，從2015到2019，中間當然發生了很多事件，只用這兩個時間點的數據來推論，個人覺得...

  水晶蘭。圖片來源： 維基百科 植物的種子傳播有許多種方法：放水流、隨風飄、黏TT都是很常見的作法，但也有些植物，是靠著被吃掉以後，「酒肉穿腸過，我佛留心頭」，最後臭哄哄地降落在另一個新地點。 不過，這種所謂的「內攜傳播」（Endozoochory），過去的研究幾乎都是脊椎動物擔任便車；畢竟脊椎動物體型比較大，比較可能把種子整個吞下去。種子如果被嚼碎了，當然就沒機會發芽啦！ 不過，種子有很大的，也有很小的。很小的種子，會不會也有很小的動物來吞它，然後讓它們搭便車到遠處呢？ 最近日本的研究發現，還真有。 我們的主角是「水晶蘭」（ Monotropastrum humile ）。水晶蘭是一種寄生植物，完全不含葉綠素；它會產生肉質的果實與非常細小的種子。多小呢？跟灰塵一樣小。 研究團隊在北海道札幌的森林中架設了數位相機，紀錄下所有在結果季節（7 月下旬至 8 月上旬）與水晶蘭有互動的生物。他們在276.75小時的監測中共拍攝了9291張照片。 研究團隊發現，突灶螽（ Diestrammena japanica ）以及灶馬（ D. brunneri ）是胃口最好的，大部分（50%）的種子都被牠們吃掉。另外， Eparchus yezoensis 與 A. harmandi 也吃得不少。而鼠婦（ Porcellio scaber ）通常是成群的來吃。除此之外，還有加勒比狂螞蟻（ Nylanderia avipes ）也很喜歡水晶蘭的果實。 然後，研究團隊進行了餵食實驗。他們把50顆種子與水晶蘭的果肉混合，製成「飼料」。每隻蟲提供10顆飼料，如果蟲沒有在12小時內吃完，就會「強迫餵食」（！）。然後，每6小時收集一次蟲子的便便直到餐後48小時，並計算便便裡有多少完整的種子。 結果發現，突灶螽與灶馬便便裡面大部分（83.8 ± 5.7%）的種子都是完整的，而鼠婦的便便裡面完整的種子相對比較少（31.2 ± 12.5%）。 顯微鏡下的觀察發現，水晶蘭的種皮相對比其他靠風力傳播的同屬植物要厚，這可能是為了適應「內攜傳播」所產生的變化。 在這些蟲蟲裡面，鼠婦只有1-2公分長。所以，在所有能夠進行「內攜傳播」的動物中，鼠婦是目前所知最小的！ 參考文獻： Suetsugu, K., Kimura-Yokoyama, O., & Kitamura, ...

  圖片來源： Nature Communications 植物需要光，所以所有的植物（除了寄生植物以外）都有「光受器」（photoreceptor）負責做這件事。而且，因為光對於植物非常重要，植物絕對不會只有「一個」光受器。每一種植物都有好幾個光受器，負責看光的顏色、方向、強度。 在高等植物如阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ），負責看對於光合作用最重要的紅光的光受器是光敏素（phytochrome）。阿拉伯芥總共有五個光敏素，分別依照英文字母順序命名。 其中最主要的光敏素是光敏素A與光敏素B。而光敏素B尤其重要，因為光敏素B負責看植物在一般狀況下的光，所以對植物生長發育的影響極大。 過去的研究已經發現光敏素B不只會感光還會感熱。在20世紀末時，沙克研究所的研究團隊注意到，光照會讓植物的細胞核內出現一些被稱為「光體」（photobodies）的構造。 後續的研究發現，光體裡面最重要的成員是光敏素B，另外還有「光敏素互動因子」（PIFs，phytochrome interacting factors）以及其他的蛋白質。光體沒有細胞膜，只在照光以後會出現。 為什麼會形成光體呢？雖然有些科學家覺得這只是隨機產生的「東西」，但也有些科學家不認同這個看法。就像人不會完全沒有理由就聚集成群一樣，對於植物這種自營生物來說，每個動作應該都是有理由的。 為了研究光體，加大河濱分校的研究團隊發明了一種稱為Oligopaints的螢光原位雜交（FISH）技術來標記個別光體。透過這個技術，他們得以用基因序列來標記個別光體。 研究團隊發現，這些在顯微鏡下看起來像「斑點」（speckle）的光體，其實有12種！這些光體根據它們是否與染色中心相關，以及它們是否位於核仁周邊，可被分為兩類： 核仁相關光體（Nuo-PBs）：這類光體位於核仁周邊，並且可以進一步劃分為與特定染色中心相關的幾種光體，例如Nuo-CC2-PB, Nuo-CC3-PB, Nuo-CC4-PB等。 非核仁相關光體（nonNuo-PBs）：這類光體位於核仁以外的位置，同樣可以劃分為多種，如nonNuo-CC1-PB, nonNuo-CC2-PB等。 另外，他們也發現，可以透過光照或溫度來調節光體的大小以及出沒。例如，在強紅光（R light）下，活化態的光敏素B（Pfr）含量增加...

  圖片來源： The Plant Cell 提到作物馴化，你想到什麼呢？ 作物馴化是一個關於人類如何選擇和培育植物以滿足飲食和農業需求的故事，它不僅是改變植物某些特徵（如更大的果實或種子，以及更高的產量）使其更適合人類消費而已，還涉及到植物與環境的互動，以及這些互動如何隨著時間而演變。 研究團隊分析了203種已馴化的作物，包括穀物、果樹、塊根作物和葉菜類等。這項分析發現了作物馴化特徵在不同種類的作物中的變異性，這些變異性取決於作物的生物學特性、人類利用植物的部分以及當地的氣候條件。 作物馴化的影響可以從三方面來看。 第一，在馴化性狀和症候群上，可以看到作物在馴化過程中常見的物理特徵變化，如種子不脫落和植物結構的變化，這些變化使作物更易於人工收穫和栽培。 作物馴化過程中最常被應用並選擇改進的部位包括種子、根、葉、果實等。許多穀物作物如水稻、小麥和玉米等，都表現出增加種子大小和非脫粒性的特徵，這有利於收穫和儲存；在一些根莖類作物如甘藷和木薯等，選擇了增加儲藏根的大小和澱粉含量，使其更適合食用或加工；而甘藍和菠菜等葉菜類作物，經常選擇以增加葉片大小或改進口感和營養價值為目標。最後，許多水果和蔬菜作物，如番茄和辣椒，人為選擇造成果實大小增加、口感與/或顏色改善。 這些改進通常旨在增加產量、改善口感、外觀和其他人類食用或使用時視為重要的特性。每種作物的具體選擇目標依其用途和栽培環境而異。 第二，在遺傳結構上，研究發現支撐這些性狀變化的遺傳基礎，早期的研究認為是單一基因的變異，但現在的證據顯示許多馴化特徵是由多個基因共同作用的結果。 以稻米來看，早期研究認為 Sh1 對控制種子落粒有重要作用。然而，最新的證據支持多基因控制這一性狀，表明落粒性狀的遺傳結構比先前認為的要複雜；另外，玉米中的 Tb1 （ teosinte branched1 ）基因原本被認為是控制植物架構的主要基因，其功能改變使得玉米出現較少的側枝（分枝），這有助於增加每株植物的穗數，從而提高產量。但進一步的研究發現，其他多個基因也參與了植物架構的調控，顯示了這一性狀的多基因性質。 第三，從生態學的角度來看，馴化不僅影響作物本身，也影響了作物與其生態系統中其他生物的關係，例如作物如何影響土壤中的微生物群落或吸引特定的授粉昆蟲等等。如不同品系的大麥，其根部分泌物不同，就造成根圈微生物體也...

  獨腳金。圖片來源： 維基百科 獨腳金內酯（strigolactone）因為最早在獨腳金屬（ Striga ）的植物中分離出來而得名，它被發現可以促進寄生植物（如獨腳金屬）的萌發，另外也會抑制植物的分枝與分蘗，對共生真菌也相當重要。 最近的研究發現，獨腳金內酯可以讓番茄提早開花！ 研究團隊使用了GR24 5DS 這種化合物來模擬獨腳金內酯的作用。他們發現，GR24 5DS 可以讓番茄提早大約一週開花。 進一步的研究發現，GR24 5DS 可以讓番茄的產量增加；而整個過程是透過調節番茄葉片中的 miR319 和 LANCEOLATE （ LA ）基因表現，進而增加單花序（ SINGLE FLOWER TRUSS , SFT ）基因的轉錄來達成的。 另外，研究團隊也發現，GR24 5DS 會使得植物中具有生物活性的吉貝素（GA）含量上升。 也就是說，又有一個植物賀爾蒙對開花有影響！其實研究植物賀爾蒙算是相當辛苦的工作，因為這些賀爾蒙往往對許多層面都會發生影響，並不是如我們在植物生理學課本中學到的那麼簡單/單一呢！ 參考文獻： PNAS. https://doi.org/10.1073/pnas.2316371121

  大花咸豐草。圖片來源：維基百科 鬼針草（ Bidens pilosa ）與野茼蒿（ Erigeron bonariensis ）都是菊科植物，在埃及被列為入侵物種。 最近的一個研究發現，這兩種植物都有「化感作用」（allelopathy，之前稱為相剋作用）。 所謂的化感作用，指得是植物會用種種方法抑制其他的植物生長，通常是根分泌一些化學物質，可能直接抑制其他植物，也可能是抑制有利於其他植物的菌群。 在這篇論文中，研究團隊進行了多項實驗來評估野茼蒿和鬼針草的化感作用及其對土壤和植物群落的影響。 首先，研究團隊使用這兩種植物的地上部分製備水萃取液，然後對玉米、馬齒莧等植物進行測試，評估其對種子發芽、根長和芽長的影響。結果發現，這兩種植物對玉米的發芽、芽長和根長均有抑制作用，而野茼蒿的效果比較強。至於馬齒莧，他們發現馬齒莧對兩種植物的水萃取液都非常敏感，尤其是對野茼蒿的反應更強烈。這兩種植物的水萃取液對田旋花（ Convolvulus arvensis ）也有類似的抑制效果，但比較弱， 接著，研究團隊將這兩種植物的乾燥莖葉添加到沙質土壤中，以不同的比例和時間進行腐解，然後評估腐解過程中釋放的化感物質對土壤生化活性的影響，包括土壤pH和電導率的變化。他們同時也測試這些腐解殘餘物對玉米和馬齒莧等植物生長的影響。 結果發現，兩種植物對土壤pH和電導率（EC）有顯著影響。土壤pH有輕微的提高，而EC值則隨著腐解物濃度的增加而增高，這可能與釋放的酚酸類化合物和其他有機酸有關。兩種植物的腐解殘餘物都能抑制玉米和馬齒莧的生長，主要表現在種子發芽率降低，以及芽長和根長的減少。生長抑制效果在腐解20至25天之間最為顯著，之後逐漸減弱。 研究團隊也使用液相色譜-質譜聯用（LC-MS）技術分析從水萃取液和腐解土壤中萃取的酚酸類化合物。他們水萃取液中發現了多種酚酸，包括咖啡酸、綠原酸、香豆酸和阿魏酸。這些化合物都具有一定的化感活性，能夠影響其他植物的生長。土壤腐解殘餘物中也檢測到了這些酚酸類化合物，其中香豆酸和阿魏酸的濃度較高，顯示這些化合物在腐解過程中逐漸釋放到土壤中。分析顯示，野茼蒿在大多數情況下的化感化合物濃度高於鬼針草，這解釋了為什麼野茼蒿的化感作用更強。 因為這兩種植物長得快，所以它們能夠在入侵地區快速擴散，與本土植物競爭光照、水分和營養，從而壓縮本土植物...

  假黃藤。圖片來源： 維基百科 假黃藤（ Fibraurea tinctoria ）是一種多年生的木質藤本植物，分布的範圍介於印度到菲律賓之間，在這些區域算是很普遍的一種植物。因為含有具有抗菌、止瀉、消炎等效果的小檗鹼（又稱為黃連素berberine），所以在印尼被拿來當作草藥，俗名為Akar Kuning。 最近的一個國際研究發現，紅毛猩猩會拿假黃藤來治療傷口。科學家們在印尼的Gunung Leuser國家公園觀察紅毛猩猩。其中一隻叫做Rakus的雄性紅毛猩猩，在臉部受傷後的第三天，牠拿了假黃藤的葉片來嚼爛後敷在自己的傷口上。另外，牠也吃了一些。 第二天，科學家們又看到他吃假黃藤的葉子，但是這次沒有拿來敷傷口。另外，Rakus也花比較多時間休息。六天後，傷口癒合了。 雖然假黃藤可食，不過當地的紅毛猩猩們並不常吃它。在所有紀錄下來的取食行為中，假黃藤的取食僅佔0.3%；不過在當地132頭紅毛猩猩裡，47頭都吃過。 雖然之前就曾經有觀察到，許多動物在生病時會遠離牠們的群體；也有些動物在生病時會取食一些特別的植物，紅毛猩猩更曾經被觀察到，在體內有寄生蟲感染時，牠們會取食特定的植物；但是使用外用藥這還是第一次看到。 至於Rakus到底是從哪裡學會這個技能的？科學家並不清楚。雄性紅毛猩猩在成年過程中會遷移到相當遠的地方，所以到底Rakus是學來的還是發明的、從誰學來的，並不知道。 參考文獻： Laumer, I.B., Rahman, A., Rahmaeti, T. et al. Active self-treatment of a facial wound with a biologically active plant by a male Sumatran orangutan. Sci Rep 14, 8932 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-58988-7

  圖片來源： 維基百科 聽到蓖麻，可能很多人會想到蓖麻毒素（ricin）；不過蓖麻種子所產的蓖麻油，卻因為含有羥基脂肪酸（HFA，hydroxylated fatty acid），在工業上、醫療上的應用都非常重要。但是，因為蓖麻種子含有蓖麻毒素，而蓖麻毒素是一種沒有解藥的毒素，所以在許多國家都是禁止種植的植物。也因為這樣，蓖麻油非常昂貴。 不能種蓖麻，有沒有其他的辦法呢？科學家們注意到一種原生於美國與墨西哥的十字花科植物 Physaria fendleri ，也會生產羥基脂肪酸。 於是研究團隊開始研究這個植物。他們分析了 Physaria fendleri 的種子發育過程中的轉錄體資料，找到可能與三酸甘油酯（TAG）重塑的候選酵素，包括了幾個二酸甘油轉移酶（DGAT）以及特定的TAG脂肪酶（TAGL，TAG lipase）。 他們發現， Physaria fendleri 有三個DGAT，其中DGAT2是合成羥基脂肪酸的關鍵酵素，而DGAT1則表現量最高，對初步合成TAG很重要。 研究團隊發現，TAGL1與DGAT1同時出現在內質網中，這意味著他們可以合作，一起生成脂肪。當他們使用同位素追蹤也進一步證明這些酵素之間的確存在著合作的機制，一起製造或修飾羥基脂肪酸。 當研究團隊把TAGL1與DGAT1一起轉入阿拉伯芥之後，總油和HFA以及多不飽和脂肪酸（PUFA）的含量都增加了。 所以，透過轉入 Physaria fendleri 的酵素，的確可以改變植物合成的油脂組成。不過，使用阿拉伯芥雖然方便，但是要大規模生產，可能需要將相關基因轉入其他的產油作物（如白花芥？）才行。 如蓖麻油這類含有羥基脂肪酸的油脂，因為羥基脂肪酸的關係，具備有出色的潤滑性，因此成為高性能潤滑記得理想選擇。這類的脂肪酸被稱為「不尋常脂肪酸」（UFAs，unusual fatty acids），因為它們在大多數常見植物油中含量極低或甚至完全不含。除了羥基脂肪酸外，還有環氧脂肪酸、多不飽和脂肪酸、長鏈脂肪酸等，只有在少數的植物中含量較高。若能理解它們的合成路徑，應該可以透過基因轉殖或編輯，讓更多植物可以生產這些油脂。 參考文獻： Parchuri, P., Bhandari, S., Azeez, A. et al. Identification of triacylgl...