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晚疫病菌(Phytophthora infestans)有多普遍?

  得了晚疫病的馬鈴薯。圖片來源: 維基百科 提到馬鈴薯晚疫病(potato late blight),一定會想到它造成十九世紀中葉的愛爾蘭飢荒。這個真菌感染馬鈴薯,造成馬鈴薯皺縮、變苦,完全不能吃。當年造成飢荒的晚疫菌( Phytophthora infestans )菌株被稱為FAM-1。FAM-1首先在1843年於美國爆發,兩年後出現在歐、亞、非洲。但是到底它有多普遍呢? 最近的一項研究發現,FAM-1出現的要比想像中的要普遍得多。研究團隊從1845年到1991年中的馬鈴薯樣本中採取了140個晚疫菌樣本(來自37國,跨越六大洲)進行序列分析,結果發現,這麼多的樣本中,有七成三分離出FAM-1。 分析這140年的樣本發現,大約有一百年左右,FAM-1是主要的菌株;接著就被它的姊妹株US-1取代。在這個歷史分析中發現,140個樣品中有27%是US-1。不過近年來,來自墨西哥的新菌株取代了US-1。 馬鈴薯晚疫病目前也還是馬鈴薯的主要疾病之一。在低收入國家中,因為殺真菌劑較不容易取得,晚疫病對馬鈴薯的收成的影響尤其大。 參考文獻: Amanda C. Saville, Jean B. Ristaino. Global historic pandemics caused by the FAM-1 genotype of Phytophthora infestans on six continents. Scientific Reports, 2021; 11 (1) DOI: 10.1038/s41598-021-90937-6
最近的文章

與科學發現相關的小植物:落地生根(Kalanchoe pinnata)

  圖片來源: 維基百科 種過落地生根( Kalanchoe pinnata )的朋友應該都會對它頑強的生命力感到驚嘆,尤其是那些從葉片凹處長出來的小苗,簡直跟台灣人口中的「油麻菜籽」沒兩樣,落到哪裡長到哪裡。 但大家有所不知的是,落地生根與CAM代謝的發現有關。在1812年,德國植物學家與外科醫生海恩(Benjamin Heyne,1770-1819)發現,落地生根的葉片早上吃起來酸酸的,下午吃起來沒味道。 這個現象是因為景天科的植物都是進行CAM代謝。它們晚上把二氧化碳抓下來,形成蘋果酸(malate)存在液泡裡,白天再把液泡裡的蘋果酸移出,釋放出二氧化碳提供卡爾文循環(Calvin cycle)使用。 到底為什麼海恩要吃落地生根不得而知,但這件事情卻促成了CAM代謝的發現。 參考文獻: Taiz and Zeiger,植物生理學(第五版) Crassulacean acid metabolism . Wikipedia.

會釋放死蟲味的馬兜鈴屬(Aristolochia)植物

  Aristolochia microstoma 。圖片來源: Frontiers in Ecology and Evolution 植物不會動,要完成終身大事就比動物要艱難些。尤其不能自花授粉的植物,當然就要努力的找「人」幫忙。提供花蜜做為獎賞已不是新鮮事~目前已知有4%-6%的植物會利用氣味、顏色或其他的方式來欺騙授粉者,讓授粉者以為植物的花是它們的對象、食物等等。如大王花會釋放出腐肉的氣味,有些蘭花會模仿雌蜂的型態,都是很好的騙術。 最近的研究發現,原生於希臘的馬兜鈴屬木質藤本植物 Aristolochia microstoma 的花會釋放出死蟲味,來吸引 Megaselia 屬的蠅類。 要模仿死蟲的味道可不容易。研究團隊發現, Aristolochia microstoma 會製造烷基吡嗪(alkylpyrazine)等少見的化合物。就目前所知的植物來說, Aristolochia microstoma 可能是唯一會製造烷基吡嗪的植物。 在蠅類受到氣味吸引後,牠們會沿著花朵的管狀構造爬進花的中心部位。因為沿途都有指向花朵中心的毛,所以爬進去完全不費力。但也因為這些毛,使得爬進去的蠅類無法再爬出來。發現自己受騙的焦急的蠅類在花朵中心爬來爬去,便幫植物完成了終身大事。 完成授粉的花朵接著枯萎,釋放出上當的蠅兒,接著蠅兒再被下一朵花的氣味給欺騙... 參考文獻: Thomas Rupp, Birgit Oelschlägel, Katharina Rabitsch, Hafez Mahfoud, Torsten Wenke, R. Henry L. Disney, Christoph Neinhuis, Stefan Wanke, Stefan Dötterl. Flowers of Deceptive Aristolochia microstoma Are Pollinated by Phorid Flies and Emit Volatiles Known From Invertebrate Carrion. Frontiers in Ecology and Evolution, 2021; 9 DOI: 10.3389/fevo.2021.658441

忙碌的植物分子世界

圖片來源:維基百科  因為植物不像動物那樣可以自由行動,所以植物總給我們一種很慢的錯覺。我們甚至用「植物人」來形容失去自主意識的人。但是植物其實一點都不慢! 最近刊登在「分子植物」(Molecular Plant)上的研究發現,天亮後16分鐘,植物就已經有一批基因(第一波)開始表現了,而這些基因的表現只維持了8分鐘。 另外一批基因(第二波)則在天亮後18分鐘開始表現,總共維持了27分鐘,然後被另外一群基因(第三波)取而代之。這些基因維持的比較久,大約有60分鐘。第三波基因裡,有超過三分之一與光傳導有關,包括了紅光與藍光傳導的下游基因。 如將培養植物的溫度從攝氏22度提升到27度,這三波基因中的第二波與第三波表現的時間差不多;唯一的不同是第一波,除表現時間略有提前,表現量也有提升。 研究團隊也觀察缺乏四個光受器的突變株( phyAphyBcry1cry2 )以及缺乏生物時鐘調節基因( prr5prr7prr9 )的突變株。結果發現,這兩個突變株都有超過200個基因表現改變。 另外,研究團隊也與目前已有的研究比較,抓出了兩個重要的轉錄因子: HY5 與 BBX31 。這兩個轉錄因子對植物的去白化(de-etiolation)很重要。 參考文獻: Martin Balcerowicz, Mahiar Mahjoub, Duy Nguyen, Hui Lan, Dorothee Stoeckle, Susana Conde, Katja E. Jaeger, Philip A. Wigge, Daphne Ezer. An early-morning gene network controlled by phytochromes and cryptochromes regulates photomorphogenesis pathways in Arabidopsis. Molecular Plant, 2021; 14 (6): 983 DOI: 10.1016/j.molp.2021.03.019

植物需要HSFA3與JUMONJI來幫它們記得酷熱

  圖片來源:維基百科 生物在遇到惡劣的環境(如乾、熱)時會產生壓力反應,但是如果再次遇到相同的環境壓力的時候,反應就不會那麼激烈。這個過程可說是生物的適應,也可說生物還「記得」上次是怎麼回事,所以這次知道要怎麼應對。 最近的研究發現,阿拉伯芥( Arabidopsis thaliana )的 HSFA3 基因與植物對熱壓力的記憶有關。研究團隊發現, HSFA3 會藉由和 HSFA2 以及其他幾個熱休克因子結合,來活化與熱壓力相關的記憶基因。這幾個蛋白質在一起,會使得組蛋白(histone)H3的第四個胺基酸(離胺酸)發生過量甲基化(hypermethylation),從而活化熱壓力相關基因的轉錄(transcription)。 同樣以阿拉伯芥為材料的研究發現,另一個基因 JUMONJI 也讓植物記得熱壓力。 JUMONJI 是一個組蛋白去甲基酶(histone demethylase),主要的功能為移除組蛋白H3在第27個胺基酸(離胺酸,H3K27)的甲基化有關。 研究團隊發現, JUMONJI 會讓一些小熱休克基因區域上的H3K27的三甲基化(trimethylation)程度降低,使它們( HSP22 與 HSP17.6C )的表現量上升,造成植物可記得熱壓力。 參考文獻: Friedrich, T., Oberkofler, V., Trindade, I. et al. Heteromeric HSFA2/HSFA3 complexes drive transcriptional memory after heat stress in Arabidopsis. Nat Commun 12, 3426 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-23786-6 Nobutoshi Yamaguchi, Satoshi Matsubara, Kaori Yoshimizu, Motohide Seki, Kouta Hamada, Mari Kamitani, Yuko Kurita, Yasuyuki Nomura, Kota Nagashima, Soichi Inagaki, Takamasa Suzuki, Eng-Seng Gan, Taiko To, Tetsuji Kakutani, Atsushi J.

綠草履蟲(Paramecium bursaria)與小球藻的共生關係

  綠草履蟲。圖片來源: 維基百科 綠草履蟲( Paramecium bursaria )是一種原生生物,體內常有小球藻與之維持共生關係。但是科學家發現,這個共生關係的維持,並不是想像中的那麼和諧。在黑暗中,綠草履蟲會吞噬小球藻做為食物!但是小球藻並不會被吃光光,所以,這兩種生物之間的平衡是怎麼維持的? 最近的研究(尚未經過同儕審查)發現,當綠草履蟲吞噬小球藻後,小球藻的核糖核酸(RNA)會被綠草履蟲分解成小分子RNA。這些小分子RNA的序列類似於綠草履蟲本身的基因,使得這些相對應的基因表現量下降,而這些基因的表現量下降,對綠草履蟲來說,會讓它的時鐘好像被撥回到開始與小球藻進行共生關係的初期,於是綠草履蟲又可以跟小球藻維持和諧了。 當研究團隊把綠草履蟲的RNAi機制關掉後,便會使得小球藻所釋放出來的RNA無法去干擾綠草履蟲的基因表現,這些綠草履蟲的生長速度便變得非常慢了。(當然不能排除關掉RNAi機制可能會影響到其他的因素,但在實驗室的環境下,至少不會有外敵入侵,所以不用擔心這部分) 所以藉由小球藻釋放出來的小分子RNA,綠草履蟲與小球藻維持著和諧的共生關係。 參考文獻: Emergent RNA-RNA interactions can promote stability in a nascent phototrophic endosymbiosis Benjamin H. Jenkins, Finlay Maguire, Guy Leonard, Joshua D. Eaton, Steve West, Benjamin E. Housden, S. Milner David, Thomas A. Richards bioRxiv 2021.04.11.439338; doi: https://doi.org/10.1101/2021.04.11.439338

缺氮(N)時植物提早開花的機制

  圖片來源:維基百科 氮(N,nitrogen)是植物必須營養素之一,植物最需要補充的三大元素為氮、磷(P,phosphorus)、鉀(K,potassium)。生長在氮充足的環境中的植物不僅莖葉生長旺盛,還晚開花,而生長在氮缺乏的環境中的植物會提早開花,莖葉呈現淡綠色。 到底為什麼氮不足的時候會提早開花,最近北海道大學(Hokkaido University)的研究團隊破解了其中的機制。他們發現,阿拉伯芥( Arabidopsis thaliana )中有一個稱為 FBH4 ( FLOWERING BHLH 4 )的基因,在缺氮時會呈現去磷酸化(dephosphorylation)的現象;當它在去磷酸化的狀態時,會移動到細胞核中,活化與開花有關的基因,促使植物提早開花。不只是這樣, FBH4 還會活化與氮回收及氮再移動(remobilization)相關的基因,讓植物可以更好的利用本來有的氮元素。 是誰造成 FBH4 的去磷酸化呢?原來植物有個稱為 SnRK1 的基因負責 FBH4 的磷酸化。當植物生活在缺氮環境下, SnRK1 的活性會受到抑制,於是 FBH4 就會呈現去磷酸化的狀態,然後開花的基因就被活化了。 參考文獻: Miho Sanagi, Shoki Aoyama, Akio Kubo, Yu Lu, Yasutake Sato, Shogo Ito, Mitsutomo Abe, Nobutaka Mitsuda, Masaru Ohme-Takagi, Takatoshi Kiba, Hirofumi Nakagami, Filip Rolland, Junji Yamaguchi, Takato Imaizumi, Takeo Sato. Low nitrogen conditions accelerate flowering by modulating the phosphorylation state of FLOWERING BHLH 4 in Arabidopsis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; 118 (19): e2022942118 DOI: 10.1073/pnas.2022942118