老葉的植物王國

植物受傷時會有什麼反應？過去的研究讓我們瞭解，當植物被攻擊（受到病原菌感染、受傷）時，會釋放出揮發性有機物質（VOCs，Volatile Organic Compounds），讓自己以及附近的植物啟動防禦機制。這個作用有點像古代的烽火臺，當敵人來襲就燒起狼煙，附近的人看到狼煙就知道這裡出事了，要加強戒備。 不過，當附近的植物感應到VOCs時，它們會如何加強自己的防禦機制呢？過去的實驗發現，當植物的地上部位受到病原菌感染時，會傳遞信號給自己的根，接著根部的鋁活化蘋果酸運輸蛋白（ALMT1，aluminum-activated malate transporter）便會活化後釋放蘋果酸（malate）到土壤中來召喚枯草桿菌 UD1022（ Bacillus subtilis UD1022）這隻植物的益菌。這些現象是否不僅僅發生在苦主、也發生在附近的植物身上呢？ 康納（Connor Sweeney）和他在德拉瓦大學的指導教授，最近發現：不只是受傷的植物本身會進行這些防禦機制、附近的植物也會呢！ 康納是德拉瓦州（Delaware）的高中生。他因為對科學有興趣，寫了e-mail給德拉瓦大學（University of Delaware）的白斯教授（Harsh Bais），表達希望能進他的實驗室學習。當白斯老師回信說「OK」的時候，康納高興得不得了。 於是他就開始了他的實驗室生活：下課後、週末以及暑假，康納都在白斯老師的實驗室裡種阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）。雖然他也是高中的游泳校隊，但他盡可能地投入時間作實驗。 成果是豐碩的。兩年後，康納在白斯教授的指導下，解出了植物接到鄰居的「狼煙」以後，接下來做了什麼；他們的成果發表在2017年的「植物科學前鋒」（Frontier in Plant Science）期刊上。 以一個高中生來說，這可是個非同小可的成就；康納不只是付出了許多努力，他也細心觀察每一個實驗。因為他夠細心，所以才沒有錯失了重要的發現。 這個重要的發現是什麼呢？有一天他如常地進行實驗：把一株阿拉伯芥用鑷子弄了幾個傷口，準備明天觀察它的反應。不同的是，這次旁邊有一株阿拉伯芥沒有被他弄傷。 第二天他看到了令他不敢相信的結果：旁邊的阿拉伯芥的主根變長、而且還長出了不少側根。 於是他們做了更多測試。他們發現：旁...

動物與植物長得大大不同，不論是生理或解剖上都是天差地遠；也是因此，在第一次發現植物也會使用類固醇--即所謂芸苔素（brassinolide）時，真的是「轟動武林，驚動萬教」！ 一時之間，芸苔素以及它的訊息傳導路徑成為顯學，許多研究植物賀爾蒙的研究室都紛紛投入研究。筆者躬逢其盛，雖沒有參與研究，卻也在其中的一間實驗室親眼看到，新進的博後紛紛表達意願要投入芸苔素的研究，真的是好熱鬧呢！ 最近，發表在「自然通訊」期刊（Nature Communications）上的一篇論文，解答了超過半世紀以來的疑惑：γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，簡稱GABA），原本以為只是植物的代謝產物，其實也負責植物對外界壓力的反應，而且作用模式跟它在動物裡的作用模式有頗多相似之處呢！ GABA。圖片來源： wiki 研究團隊發現，植物在感受到壓力（如陰離子上昇、土壤酸性升高等）時會分泌GABA，這會使得「鋁活化蘋果酸運輸蛋白1」（ALMT1，aluminium-activated malate transporter）受到抑制，使蘋果酸（malate）外流的速度大大降低，讓植物在壓力狀況下不會流失過多寶貴的有機化合物。同時，植物的生長速度也會大大減緩。 ALMT1平常負責感應陰離子以及三價鋁離子（Al 3+ ）濃度，造成細胞膜去極化，氫離子（H + ）外流，促進植物生長；為什麼氫離子外流就能促進植物生長呢？因為當氫離子流出到細胞壁，會使得細胞壁空間（apoplastic space）的液體變酸，酸性pH可以活化位於細胞壁的擴張蛋白（expansin）。活化的擴張蛋白會使細胞壁纖維素之間的氫鍵鬆開，植物細胞便可以吸水長大。 當植物感受到環境壓力時，GABA分泌，抑制ALMT1，使細胞膜高度極化（hyperpolarization），與動物的GABA對神經元上的GABA受器的作用類似。而且，植物的ALMT1也與動物的GABA受器一樣，可以被蠅蕈素（muscimol，來自毒蠅傘 Amanita muscaria ）抑制，產生類似與GABA結合的效果；也可以被荷包牡丹鹼（bicuculline，取自紫菫科植物）刺激而活化呢！ 不過，ALMT1究竟與動物的GABA受器有多相似呢？研究團隊分析了ALMT1的蛋白質結構後發現，除了與GABA互動的12個氨基...