植物抗鋁（Aluminum）的機制

鋁。圖片來源：維基百科。

屬於硼族元素的鋁（Aluminium），化學符號是Al，原子序數是13。根據維基百科的資料，鋁是較軟且易延展的銀白色金屬，也是地殼中第三大豐度的元素（僅次於氧和矽），也是豐度最大的金屬，在地球的固體表面中占約8%的質量。儘管鋁在環境中廣泛存在，但沒有一種已知生命形式需要鋁元素。雖然鋁在pH值中性土壤中難溶並且對植物一般是無害的，但它在酸性土壤中是減緩植物生長的首要因素。在酸性土壤中，Al³⁺陽離子濃度會升高，並影響植物的根部生長和功能。

由於鋁元素在地殼中的含量居金屬首位（占地殼總量的8.3 %），而酸性土壤又佔世界耕地的30%，所以鋁污染便成為不可等閒視之的一種現象。最近中國的研究發現，阿拉伯芥（Arabidopsis thaliana）耐鋁的機制與SUMO蛋白（Small Ubiquitin-like Modifier，小分子類泛素蛋白，當它連結在特定蛋白質上面時，可使該蛋白質被分解）有關。

研究團隊發現一個抗鋁的突變株esd4。深入研究這個突變株發現，原來ESD4蛋白是一個去SUMO酵素，它會維持一個稱為STOP1的蛋白質在沒有SUMO化的狀態。沒有SUMO化的STOP1就不會讓AtALMT1的表現量上升，於是植物對鋁就呈現敏感的狀態。

當ESD4不存在的時候（即突變株esd4），由於沒有蛋白質去維持STOP1去SUMO化，SUMO化的STOP1便會與AtALMT1運輸蛋白的啟動子結合，使AtALMT1的表現量上升；接著AtALMT1便會藉由排出蘋果酸（malate）來使植物耐鋁的能力上升。除了AtALMT1，STOP1還會調節其他的抗鋁蛋白表現量上升。

參考文獻：

Qiu Fang et. al., 2020. Regulation of Aluminum Resistance in Arabidopsis Involves the SUMOylation of the Zinc Finger Transcription Factor STOP1. The Plant Cell. DOI: https://doi.org/10.1105/tpc.20.00687

PNAS June 20, 2006 103 (25) 9738-9743; https://doi.org/10.1073/pnas.0602868103

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