老葉的植物王國

  圖片來源： 維基百科 由於聖誕節在歐美各國就等於我們的春節，在國外唸書那些年遇到聖誕節多半都是自己過。不過也曾有幾次被在地的朋友們邀請一同過節，發現他們有個風俗十分有趣。 他們會在家中選一個最多人出入的門楣，在上面掛上槲寄生（mistletoe）；如果剛好是一男一女一起走過，就一定要親一下（據說女性如果拒絕會有惡運…不知道是誰的惡運囉？）。另一種說法：聖誕節時掛槲寄生在門楣上，會讓經過的人有好運氣。 一般提到槲寄生通常就是指原產於英國與歐洲的歐洲槲寄生（European Mistletoe， Viscum album ），它是檀香科（Santalaceae）雙子葉半寄生植物。說它們是半寄生，主要是因為它們還有葉綠體，可以進行一些光合作用；但有一些研究發現，它們從宿主取得的碳，佔自身所需比例的八成。也因此，有些宿主在被它寄生後會出現生長遲緩的現象，嚴重時甚至會死亡。 如果槲寄生總是可以從宿主得到這麼多養分，為什麼它還要自己進行光合作用與全部的細胞呼吸作用呢？ 過去曾有在寄生生物上發現它們只有不完整的電子傳遞鏈、或甚至完全不具有電子傳遞鏈的例子：如微孢子蟲（Microsporidia）就不具有電子傳遞鏈、雙鞭毛蟲（dinoflagellates）只有不完整的電子傳遞鏈、我們很熟悉的酵母菌也沒有電子傳遞鏈的蛋白質複合體I（complex I，NADH dehydrogenase，NADH 去氫酶）等。不過，這些都是單細胞生物。如槲寄生這類的半寄生高等植物，是否也會因為生活形態而不再具有完整的細胞呼吸作用途徑呢？ 最近的研究發現：槲寄生的確只具有不完整的細胞呼吸作用途徑。或者更進一步來說，槲寄生的電子傳遞鏈是不完整的。由於其它部分的細胞呼吸作用（醣解作用與檸檬酸循環）除了產生能量之外，對生物的基礎代謝也很重要，因此生物很難不具有它們；但是電子傳遞鏈只有產生能量的功能，只要能想辦法把醣解作用與檸檬酸循環等氧化反應所產生的電子（主要是NADH）給消耗掉，不讓細胞因為NAD + 濃度太低影響到氧化還原反應的進行，就OK啦！ 這個發現是同時由漢諾威大學（University of Hannover）與約翰英納斯中心（John Innes Centre）的兩個研究團隊完成的。說來有趣，這兩個研究團隊的主持人：布勞恩（Hans-Peter Braun）與梅爾（E...

  冬天的檞寄生。圖片來源： 維基百科 槲寄生（mistletoe），又名桑寄生，是一種寄生植物。它的葉片可進行光合作用，但根部附著在植物上，吸取寄主植物的養分維生。國外聖誕節時會在門上懸掛槲寄生，傳統認為若一男一女同時經過槲寄生之下，他們要親吻。 2015年的研究發現，槲寄生的寄生生活讓它的粒線體（mitochondria）喪失了大部分的基因。槲寄生的粒線體基因只有66kb，比其他植物的要小了3.3倍。 這麼小的基因體，少了什麼呢？研究團隊發現，它幾乎失去了所有的電子傳遞鏈第一個蛋白質複合體（complex I，NADH dehydrogenase）的基因。 失去了這些基因意味著檞寄生不能進行細胞呼吸作用（cellular respiration）的電子傳遞鏈（electron transfer chain）。會不會這些基因其實被轉移到植物的細胞核裡呢？這是有可能的，畢竟槲寄生的基因體是人類的24倍。但是，三個不同的研究團隊進行的研究都發現，這些基因並沒有被轉移到細胞核，它們就是不見了。 少了電子傳遞鏈，槲寄生如何生活呢？有些證據發現槲寄生的醣解作用（glycolysis）活性較高，或許就像癌細胞一樣，槲寄生是依賴醣解作用維生；也有科學家認為，或許槲寄生的緩慢的生長速度讓它不需要這麼多ATP；也有科學家認為，槲寄生可能是直接從宿主偷ATP與糖過來，所以不需要粒線體來產生ATP。不管怎麼說，槲寄生的粒線體應該是不能產生ATP，而在這樣的狀況下，它如何維持自己的能量需求，是個非常有趣的課題。 參考文獻： The Mystery of Mistletoe’s Missing Genes . Quanta. A bizzare mitogenome in a parasitic plant. Elizabeth Skippington, Todd J. Barkman, Danny W. Rice, Jeffrey D. Palmer Proceedings of the National Academy of Sciences Jul 2015, 112 (27) E3515-E3524; DOI: 10.1073/pnas.1504491112