老葉的植物王國

卡氏帶（靠近圖片中央橫貫細胞的透明條帶）。 圖片來源： Wiki 生物學裡面提到植物根部的構造時，一定會提到「卡氏帶」（Casparian Strip）。卡氏帶是由十九世紀的德國植物學家羅伯特‧卡斯帕里（Johann Xaver Robert Caspary，1818-1887）所發現的，是以木質素（lignin）聚合物在植物根部的內皮細胞（endodermal cell）上形成的環狀結構。 過去的許多觀察結果告訴我們，卡氏帶對於植物根部水分與礦物質的吸收很重要。所有水溶性的物質在土壤中可以透過質外路徑（apoplastic route）或共質體路徑（symplastic route）進入根部。質外路徑指得是細胞壁以及細胞壁之間的空間，共質體路徑則是原生質。但不論是藉由質外路徑或共質體路徑進入的水分與礦物質，在即將進入根部的維管束時，一定會遇到由厭水性的木質素構成圍繞在維管束內皮細胞上的卡氏帶，便會全部改由共質體路徑進入維管束的導管（xylem）（如下圖）。 植物根部水分與礦物質的運輸。圖片來源： Wiki 過去對卡氏帶形成的研究已經找到了一些與卡氏帶形成相關的基因，包括CASP家族蛋白（Casparian strip membrane domain protein）與GASSHO1/SCHENGEN3（簡稱GSO1/SGN3）。從蛋白質的結構分析看來，GSO1/SGN3被認為可能是一個小分子肽賀爾蒙的受器。科學家們發現，當他們把GSO1/SGN3剔除後，CASP家族的表現呈現不連續的狀態，卡氏帶也一樣斷斷續續。 究竟GSO1/SGN3是不是小分子肽賀爾蒙的受器呢？是否真有小分子肽賀爾蒙掌管卡氏帶的形成？日本的研究團隊搜尋阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）的基因體，找到了兩個可能就是小分子肽賀爾蒙的基因。以這兩個基因搜尋其他植物的基因體發現，它們在陸生植物中分佈得極為廣泛。於是研究團隊用化學交聯（chemical crosslink）的方式，用其中一個基因預測的小分子肽為釣竿，來找出與這兩個基因的產物有互動的基因。 結果他們除了找到GSO1/SGN3（BINGO!）以外，還找到另一個基因GSO2。進一步測試顯示，這兩個基因與GSO1/SGN3以及GSO2的互動是有專一性的，且它們只表現在根部。所以，植物卡氏帶的...