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多能鄙事的CLE肽

  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
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植物的冬季記憶與花期調控

  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

在月球種植物-如何提升土壤的磷(P)含量

  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

植物如何透過氣味識別危險並保護自己

  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。

新的除草劑tetflupyrolimet

  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

探討大麻成癮(CanUD)的基因

  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,

紫花藿香薊的相剋作用(allelopathy)

  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.