老葉的植物王國

  嫁接（grafting）是一個非常古老的農業技術，但是它僅限於雙子葉植物（dicotyledons）。過去一向認為，單子葉植物（monocotyledons）因為沒有形成層（vascular cambium）以及具有散生維管束（vascular bundle），所以無法成功進行嫁接。陸生植物共有35萬多種，單子葉植物大約佔五分之一，而許多單子葉植物是重要的糧食作物。透過嫁接，可以讓植株變得更強健、更容易繁殖，甚至提升產量，這些在雙子葉植物中都已經不是新聞了。如果單子葉植物也能發展出嫁接技術，應該對糧食生產有極大的幫助。 最近的研究發現，以胚芽（plumule）嫁接，不但可以進行種內嫁接，還能進行跨物種的嫁接（如上影片，來源為 N ature）。這個技術已經證實可行，嫁接後植物不只能成功生長發育，還可生長到開花結實。 參考文獻： Reeves, G., Tripathi, A., Singh, P. et al. Monocotyledonous plants graft at the embryonic root–shoot interface. Nature (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04247-y

  圖片來源： The Plant Journal 從上陸地的那一刻開始，植物就建立了與真菌共生的關係。真菌幫助植物吸收水分、養分，也協助植物抵禦入侵者，可說是植物的好伙伴。在《 真菌微宇宙 》一書中，對於植物與真菌之間的互動，有非常深刻的描述。 繡球菌門的珍珠巨孢囊霉（ Gigaspora margarita ）是與植物共生的菌根真菌的一種。1996年在義大利的研究發現，珍珠巨孢囊霉裡面竟然有細菌！研究團隊花了十年的功夫，終於成功的把珍珠巨孢囊霉裡面的細菌趕出去。 把細菌趕出去要做什麼呢？研究團隊想知道，細菌對珍珠巨孢囊霉與植物共生會不會產生影響。他們以不含細菌的真菌（B-）及含有細菌的真菌（B+）分別感染植物。結果發現，雖然植物的性狀有些細微的不同，但沒有細菌的真菌還是可以成功地與植物建立共生關係。 但是這兩種真菌對其共生的植物是否有影響呢？研究團隊以光葉百脈根（ Lotus japonicus ）為模式，讓不含細菌的真菌（B-）及含有細菌的真菌（B+）分別感染植物，並加入無真菌組做為對照組，再分析植物的轉錄體與蛋白質體，觀察不同真菌品系對植物的影響。 結果發現：不含細菌的真菌（B-）及含有細菌的真菌（B+）在感染植物時，會造成150個基因與119個蛋白質表現不同。 分析這些基因與蛋白質發現： 一、所有與共生有關的基因，不論真菌裡面有細菌與否，都有表現。當然，從不含細菌的真菌還是可以成功感染植物這點看來，這個發現不算意外。 二、含有細菌的真菌能夠活化植物的粒線體相關基因，如檸檬酸循環（citric acid cycle）基因就被活化了。同時，因為粒線體會產生自由基，所以植物的抗氧化基因們也活化了。 三、被不含有細菌的真菌感染的植物，與脂肪酸代謝相關的基因（如合成單醯基甘油的酵素）活性較低。另外，負責把磷酸根從真菌運送到植物的運輸蛋白的表現量也降低了。由於真菌需要從植物獲取單醯基甘油，而植物需要從真菌取得磷酸根，這個發現顯示了它們的共生關係並沒有為對方帶來足夠多的好處。 也就是說，含有細菌的確會讓真菌與植物的互動更有效率、帶來更多好處。關於這三人行究竟還有多少未知，需要更多的研究來幫助我們瞭解。 參考文獻： Verhage, L. (2021), It takes three to tango: an endobacterium plays a role in m

  圖片來源：Biochemistry and Molecular Biology of Plants, 2nd ed. 今天決定要來看一本頗獲好評的書：《 只要好好活著，就很了不起 》。 結果看到第57頁，提到「不過，也有一些細胞膜並非由雙層磷脂膜構成。例如植物細胞，就會以糖脂取代磷脂（糖脂顧名思義就是含有糖份的脂質）。」 嗄？我怎麼沒聽過植物的細胞膜（plasma membrane）是由糖脂構成？ 翻了一下Taiz and Zeiger的第六版，發現他們連細胞膜是由什麼構成都懶得說了；於是去查Biochemistry and Molecular Biology of Plants的第二版，結果發現，植物的細胞膜除了磷脂（phospholipid）之外，還有半乳糖甘油酯（galactosylglyceride）與葡萄糖腦苷脂（glucocerebroside）（見上圖）。 也就是說，植物的細胞膜的確有糖脂，就是半乳糖甘油酯與葡萄糖腦苷脂；但是書中這麼說，很容易讓讀者以為植物細胞膜沒有磷脂。 或許應該改成「例如植物細胞，就含有糖脂」，這樣比較不會被誤會。 動植物的細胞膜，除了如磷脂（與糖脂）這類兩親性（amphipathic，可親水也可親脂）的脂質外，也會有固醇類（sterol）。動物主要就是膽固醇（cholesterol），植物則是其他的固醇類。 固醇類因為有一個小小的親水端（OH基）與大大的親脂端，所以會搗亂磷脂所排成的結構，阻礙磷脂在低溫時結晶；而高溫時固醇類會妨礙磷脂快速流動。

  圖片來源： Sci. Rep . 茶（tea）是華人社會中很受歡迎的飲料。根據傳說，神農氏發現了茶有解毒的功效，所以茶被廣泛地使用。據說最早提到茶的文獻是《夏小正》，在〈七月〉提到：「灌荼。灌，聚也。」 傳說歸傳說，科學上還是需要有證據證明的。但是茶是植物的葉片，要留下遺跡還真是不容易。 2016年在漢陽陵（漢景帝[188-141B.C.]的墳墓）發現了茶，讓中國人喝茶的歷史推進到公元前二世紀；最近在山東省的發現，將喝茶的歷史又往前推進了三百年到戰國時期。 考古學家在現今的山東省曲阜東南方的南陬村，即戰國時代的邾國（又名邾婁國、鄒國）首都邾的墳墓中找到一個碗，裡面裝有碳化的茶渣。 圖片來源： Sci. Rep . 既然已經碳化，又怎麼能確定是茶渣呢？考古學家用許多方法分析，發現了茶的鈣植矽體（phytolith）；另外傅里葉變換紅外光譜 (FTIR) 也與現代茶渣的光譜相似。他們還在古代樣品和現代茶渣中檢測到咖啡因（caffeine）、甲氧基苯化合物（methoxybenzene）、有機酸和其他幾種化合物。 茶是很重要的飲料，它含有咖啡因具成癮性，讓喝了它的人不但越喝越清醒，還喝了還想再喝，使得人類願意為了飲用它而消耗寶貴的燃料燒水泡茶。燒開水使得水被消毒，也降低了因飲用不潔生水造成的傳染病。 這個考古發現，不僅讓中國人喝茶的歷史往前推進了三百年，由於茶渣是在一個小碗中發現，也幫助考古學家們瞭解以前的人用什麼容器喝茶。 參考文獻： J. Jiang et al. 2021. The analysis and identification of charred suspected tea remains unearthed from Warring State Period Tomb. Sci Rep 11, 16557; doi: 10.1038/s41598-021-95393-w

  孟德爾。圖片來源： 維基百科 我們學科學的時候，總是一個一個人的發現學習、一條一條定律的記憶，好像很少去想這些偉大科學家之間，是否有什麼聯繫。 因為因緣巧合聽過王道還老師的 演講 ，知道大名鼎鼎的達爾文（Charles Robert Darwin）與孟德爾（Gregor Mendel）其實是同時代的人，而且孟德爾還把自己的論文寄給達爾文，所以在最近閱讀《物種源始》時，看到達爾文說： 時，忍不住想，如果你有閱讀孟德爾寄給你的《植物雜交的實驗》（ "Versuche über Pflanzenhybriden" ("Experiments on Plant Hybridization")），或許你這段就不會這樣寫了...不，可能整篇論文的寫法會大不相同。 我把這個感嘆抒發在網路上，結果引起了一點小小的討論。原來並不是很多人知道，他們倆是同時代的人物。達爾文生於1809年，卒於1882年；孟德爾生於1822年，卒於1884年。孟德爾比達爾文小13歲，但兩個人的確是同時代的人物。 當然，即使是同時代的人物，但發現有早晚，他們兩個到底是什麼時候有了自己的科學大發現呢？ 查了一下資料發現，達爾文的《物種源始》第一版出版於1859年，而孟德爾的《植物雜交的實驗》出版於1866年，所以在達爾文寫《物種源始》時，孟德爾的確還沒有發表他的實驗結果。 但是，達爾文後來有對《物種源始》進行了五次修改。根據我手上的《 物種源始 》（苗德歲譯，貓頭鷹出版）的資料：第二版（1860）、第三（1861）、四（1866）、五（1869）及六（1872）版。也就是說，雖然前幾版趕不上，但如果達爾文有看孟德爾的論文的話，應該趕得上第五版或第六版吧～可惜他沒看。 至於我手上的這個版本的《物種源始》，有別於市面上大部分的中文譯本，它是從第二版翻譯過來的。第二版出版於1860年，而孟德爾在1856-1863年進行他的豌豆實驗，所以達爾文在改這個版本的時候，的確是不可能知道任何遺傳學上的發現。 既然孟德爾曾將自己的論文寄給達爾文，顯然孟德爾是知道達爾文的；但達爾文知不知道孟德爾呢？顯然是不知道的，否則怎麼會不閱讀孟德爾的論文呢？根據《 生命科學大師──遺傳學之父孟德爾的故事 》（張文亮著，校園書房出版），孟德爾還曾經在對他的朋友的回信中提出對於演化論的看法：「目前按我

  正在生小蚜蟲的蚜蟲。圖片來源： 維基百科 蚜蟲（aphids）是蚜總科（Aphidoidea）下所有成員的總稱。蚜蟲靠著口器刺穿植物的篩管（phloem），由於篩管內有壓力，所以一旦刺穿，篩管內的液體就源源流入蚜蟲。蚜蟲在進食過程中常常會將攜帶的植物病毒傳播到宿主植物上，造成宿主患病甚至死亡。更何況，吸食篩管汁液會影響農作物產量。所以，蚜蟲是農作物害蟲防治的重要目標之一。 雖然蚜蟲有雌雄之分，但一年之中大部分的時候雌蚜蟲都可不經交配直接產下小蚜蟲（如上圖），到秋冬時，雌蚜蟲才會跟雄蚜蟲交配產卵過冬。 最近的研究發現，黃瓜花葉病毒（cucumber mosaic virus，CMV）所帶有的Y-衛星RNA（Y-sat）具有讓蚜蟲長出翅膀的能力。過去的研究發現，帶有Y-sat的黃瓜花葉病毒在感染煙草時，會讓受感染的葉片區域變黃，而蚜蟲會受到黃色吸引（那就是為何黏蟲貼片都是黃色的）。 受到黃色吸引的蚜蟲，在吸食這些含有Y-sat的病毒的汁液後，會生出明顯較多紅色的若蟲（nymph）。這些紅色的若蟲後來便長出翅膀來，但綠色的若蟲就不會長翅膀。 研究團隊發現，雖然變黃色的區域的病毒量並不高（比綠色區域低了13.5倍），但並不影響蚜蟲感染植物的能力，而黃色的區域光合作用的能力也並未減少。 長出翅膀對蚜蟲的生存當然是一種利多，但是黃瓜花葉病毒究竟是怎麼讓蚜蟲產生這種變化的？進一步的研究發現，這些有Y-sat的CMV進入蚜蟲體內後，會產生25-33個核苷酸長的干擾RNA（siRNA）。很妙的是，Y-sat只有22-25個核苷酸長，所以到底這較長的干擾RNA是怎麼產生的？研究團隊還沒有答案，但是他們發現，受到Y-sat CMV感染的蚜蟲，與翅膀發育的兩個基因 Apns1 與 ABCG4 的表現量都上升了，這可能是牠們長出翅膀的原因。 參考文獻： Jayasinghe, W.H., Kim, H., Nakada, Y. et al. A plant virus satellite RNA directly accelerates wing formation in its insect vector for spread. Nat Commun 12, 7087 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-27330-4

  被黃萎病菌感染的向日葵。圖片來源： 維基百科 最近這些年，菌群（microbiome）的研究已成為顯學。不論是動物還是植物，都與數不清的細菌、真菌共同生活。這些菌們幫我們清理環境、抵抗外敵、甚至有些還會幫我們消化食物，產生我們需要的養分（維生素等）。有些植物甚至會分泌小分子化合物來吸引好菌前來幫忙！如豆科植物在缺氮的時候，就會分泌類黃酮素來吸引根瘤菌，就是一個很好的例子。 但是，環境中有好菌也有壞菌。這些壞菌在企圖感染我們的時候，是不是首先就得打敗周圍的這些菌群小嘍囉呢？是否真的有這樣的例子呢？ 最近的研究發現，會造成黃萎病的黃萎病菌（ Verticillium dahliae ）就是箇中好手。黃萎病菌是生活在土壤中的真菌，它在接觸到根的分泌物後會萌發，長出菌絲入侵根部的維管束。研究團隊發現，它在感染植物時會分泌一個稱為VdAMP3的抗菌蛋白，把植物外圍的菌群中的真菌們先殺死，然後就可以好整以暇地入侵植物了。 其實黃萎病菌的VdAMP3在演化上是個非常老的基因。它很小，只有4.9kDa大，含有不少半胱胺酸（cysteine）。研究團隊在其他菌裡面也可以找到這個基因，只是在其他菌中的版本並沒有抗真菌的活性。黃萎病菌也不是只會產生抗真菌的蛋白，它還會產生抗細菌的蛋白（稱為VdAMP2）。 這些抗真菌或抗細菌的蛋白，大致上都可以歸類為所謂的窄譜抗生素。未來或許可以測試看看是否能應用在其他的用途？研究團隊在黃萎病菌中一共找到了十個有抗微生物活性的小分子蛋白，將來也打算繼續研究其他八個，另外也想看看其他的病菌上是否能找到類似的小分子。 參考文獻： Nick C. Snelders, Gabriella C. Petti, Grardy C. M. van den Berg, Michael F. Seidl, Bart P. H. J. Thomma. An ancient antimicrobial protein co-opted by a fungal plant pathogen for in planta mycobiome manipulation. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; 118 (49): e2110968118 DOI: 10.1073/pnas.2110968118

  阿拉伯芥。圖片來源：維基百科 鐵（元素符號Fe）對植物是必需元素，許多酵素都含有鐵離子，葉綠素的合成也需要鐵的幫忙。缺鐵的植物會從葉脈開始變黃，逐漸擴大到其他的部分，最後整片葉子都變黃。因為鐵離子很容易在鹼性或中性環境下沉澱，為了有效的吸收鐵，植物根部會分泌氫離子來提高鐵的吸收，也會產生許多運輸蛋白來提高吸收效率。 在植物中， IRON-REGULATED TRANSPORTER1 （ IRT1 ）是鐵的高親和力運輸蛋白，負責將鐵從植物外面運輸到植物體內。最近的研究發現， IRT1 不但負責鐵的運輸，也負責不同器官間鐵的分配。 研究團隊發現，缺少 IRT1 的植株（ irt1 突變株）會把鐵累積在根的皮層，導致莖葉出現缺鐵的症狀。在酵母菌中的測試發現，位於 IRT1 跨膜的第四與第五個螺旋上的兩個胺基酸，絲胺酸206（serine）與組胺酸232（histidine），若發生突變，會造成 IRT1 無法運輸鐵離子；有意思的是，當研究團隊把絲胺酸206突變為丙胺酸（alanine），再將它轉回阿拉伯芥後，這株轉殖植物可以部分拯救缺少 IRT1 所產生的性狀（矮小、葉片變黃、鐵質分布不均勻）。也就是說，不能將鐵運入植物的 IRT1 還是有部分的功能。 參考文獻： Quintana, J., Bernal, M.I., Scholle, M., Holländer-Czytko, H., Nga, N.T., Piotrowski, M., Mendoza-Cózatl, D.G., Haydon, M.J. and Krämer, U. (2021), Root-to-shoot iron partitioning in Arabidopsis requires IRON-REGULATED TRANSPORTER1 (IRT1) protein but not its iron(II) transport function. The Plant Journal. Accepted Author Manuscript. https://doi.org/10.1111/tpj.15611

  Asclepias curassavica 。圖片來源：維基百科。 馬利筋屬的植物因為能分泌乳汁，被統稱為「乳草」（milkweed）。這些乳汁中含有強心苷（cardiac glycosides），作用在細胞的鈉-鉀幫浦（Na + /K + ‐ATPase）上的alpha次單元，造成生物心臟麻痺而死。 這麼毒的植物，還是有生物能以它為食草！最有名的大概就是帝王斑蝶（ Danaus plexippus ），牠的幼蟲能以這些植物為食草，還能將強心苷儲存在體內，讓自己變得有毒，使其他生物不敢吃牠。 帝王斑蝶是怎麼做到不受乳草毒害的？過去的研究發現，原來包括帝王斑蝶在內的許多以乳草為食的生物，牠們的鈉-鉀幫浦上的alpha次單元上的第111, 119或122個胺基酸都產生了突變。這個突變使得強心苷無法作用，於是這些生物就可以大啖乳草了。 但是這些生物真的都沒有天敵嗎？有的！黑頭鶇（ Pheucticus melanocephalus ）就是以帝王斑蝶為食的鳥類。另外還有黑背黃鸝( Icterus abeillei ) 和黑耳鹿鼠( Peromyscus melanotis )也都會捕食帝王斑蝶；甚至還有寄生蜂 （ Trichogramma pretiosum ）和一種線蟲 （ Steinernema carpocapsae ），也會攻擊帝王斑蝶的幼蟲。 這些掠食者又是怎麼抵抗強心苷的毒性呢？最近的研究發現，牠們的鈉-鉀幫浦上的alpha次單元也都產生了突變，使牠們不怕強心苷，所以牠們才能夠盡情捕食帝王斑蝶。 這個研究結果證實了，不同的生物靠著趨同演化（convergent evolution），來克服對相同物質的毒性。 參考文獻： Simon C.Groen and Noah K.Whiteman. Convergent evolution of cardiac-glycoside resistance in predators and parasites of milkweed herbivores. Current Biology Volume 31, Issue 22, 22 November 2021, Pages R1465-R1466

  IAA（吲哚乙酸）。圖片來源：維基百科 生長素（auxin）是第一個被研究的植物賀爾蒙。從達爾文的時代，生長素的研究就開始了。生長素可使植物細胞延長、呈現趨光性（phototropism）與趨地性（gravitropism）、長出次生根（adventitious roots），在組織培養中，與細胞分裂素（cytokinin）併用，可使植物組織長出根或芽。 植物的頂芽生長點與根尖可合成生長素，然後運送到其他部分，啟動生長發育反應。在生長發育反應啟動後，如何關閉呢？ 一個簡單的方法就是把負責啟動反應的賀爾蒙分子給分解掉。過去的研究發現，主要的生長素IAA（吲哚乙酸）可被氧化，產生氧化吲哚-3-乙酸（OxIAA），然後形成OxIAA-葡萄糖；或者IAA先形成IAA-天冬胺酸（OxIAA-Asp）或IAA-穀胺酸（OxIAA-Glu），再氧化產生OxIAA。但是，究竟哪條代謝途徑是主要的路徑，並不清楚。 最近的研究發現，生長素的主要代謝途徑是GH3-ILR1-DAO途徑：IAA先被GH3-IAA醯胺合成酶（GH3-IAA amidosynthetases）給綴化，產生IAA-天冬胺酸（OxIAA-Asp）或IAA-穀胺酸（OxIAA-Glu）。細胞可儲存這兩種綴化的IAA，在需要時再由ILR1/ILL醯胺水解酶（ILR1/ILL amidohydrolases）將其轉化為IAA。而這兩種綴化的IAA也可以被酵素DAO1雙加氧酶（DAO1 dioxygenase）經過ILR1氧化成OxIAA。 另一種生長素IBA（吲哚丁酸）則可經由beta氧化作用先轉化為IAA，再透過相同途徑代謝。所以，先綴化再氧化是生長素主要的代謝途徑，而不是直接氧化。 參考文獻： Hayashi, Ki., Arai, K., Aoi, Y. et al. The main oxidative inactivation pathway of the plant hormone auxin. Nat Commun 12, 6752 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-27020-1

  圖片來源： 維基百科 信不信植物界也有變色龍？原產於南美洲智利中、南部與阿根廷的藤本植物 Boquila trifoliolata 在攀爬到其他樹上時，葉片的形狀會從原本的長鈍橢圓形三出複葉改變為宿主植物的形狀；甚至當它從一種植物攀爬到另一種植物時，葉片的型態也會跟著改變。 過去的研究發現， Boquila trifoliolata 之所以做這樣的改變，可能是因為 可以讓它避免被吃 。但是到底「變色龍藤」是怎麼「看」到它攀爬上去的植物長什麼樣子呢？ 最近發表在Scientific Report上的研究發現，「變色龍藤」可能是從「宿主」的菌群（microbiota）得到資料。研究團隊收集了「變色龍藤」模仿「宿主」的葉片上的菌群（BR）、沒有模仿「宿主」的葉片上的菌群（BT），以及「宿主」的菌群（RS）。結果發現，沒有模仿「宿主」的葉片上的菌群（BT）與「宿主」的菌群（RS）之間只有共享了79個獨特的OTU（操作分類單元，可能代表細菌的屬或種），但模仿「宿主」的葉片上的菌群（BR）與「宿主」的菌群（RS）之間卻共享了255個獨特的OTU！更有趣的是，沒有模仿「宿主」的葉片上的菌群（BT）與模仿「宿主」的葉片上的菌群（BR）間也只共享了33個OTU。 這個結果顯示了，「變色龍藤」能模仿「宿主」的型態，與它們之間共享的菌群高度相關。但是究竟「變色龍藤」是如何從這些菌群得到資料？這就有待進一步的研究了。 參考文獻： Gianoli, E., González-Teuber, M., Vilo, C. et al. Endophytic bacterial communities are associated with leaf mimicry in the vine Boquila trifoliolata. Sci Rep 11, 22673 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-02229-8

  圖片來源： 維基百科 球花藜（ Blitum virgatum ）是原生於歐洲的莧科藜屬的植物，又稱為伊朗野菠菜（Iranian wild spinach），被認為可用來治療肺炎及其他呼吸道疾病，有抗病毒的功效。球花藜生長於山坡地，可在海拔三千公尺處生長。 最近有伊朗的研究團隊從2013到2020年針對球花藜進行了馴化：他們在2013年時，於贊詹省塔羅姆地區海拔 2500-3000 之處，收集了許多球花藜的種子，再將它們種植在海拔約1500公尺的溫室中來培育種子。 取得種子後，將種子種於田間，每畦間隔50公分，每株苗的間距也是50公分。發芽後25天進行疏苗，將生長不良的苗除去，不施肥。 接下來每年在植株開花前，都會將生長不良、有疾病的植株除去，只留下發育良好的植株並採收其種子。如此重複五年後，再將最後收穫的植株的性狀（產量、抗凋萎、抗寒、抗病蟲害、礦物質含量）與一開始的植株進行比較，也跟相同狀況下栽種的菠菜（ Spinacia oleracea ）進行比較。 研究團隊發現，馴化後的球花藜，其鐵的含量比菠菜多了3.5到4倍。由於鐵是重要的必須營養素，球花藜本身又有抗肺炎的活性（雖然還需要進一步的研究證明），這個發現無疑在新冠肺炎肆虐的今天，提供大家一個營養又保健的野菜來源。 參考文獻： Ammarellou, A., Mozaffarian, V. The first report of iron-rich population of adapted medicinal spinach ( Blitum virgatum L.) compared with cultivated spinach ( Spinacia oleracea L.). Sci Rep 11, 22169 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-01113-9

  巴西裸蓋菇。圖片來源： 維基百科 也稱為裸蓋菇素的賽洛西賓（psilocybin）可由超過兩百種蘑菇中分離出來。在蕈類中主要製造賽洛西賓的真菌就是裸蓋菇屬的成員，在進入人體後很快會代謝為脫磷酸裸蓋菇素（psilocin），作用於大腦中的血清素受體，產生類似LSD或麥斯卡林（仙人掌毒鹼，從烏羽玉種子與花粉中提煉）的效果，會產生欣快感、視覺和心理幻覺、知覺改變、時間感失真等效應。 人類從史前時代變已經開始使用迷幻蘑菇。1959年，瑞士化學家阿爾伯特·霍夫曼（Albert Hofmann）從墨西哥裸蓋菇中分離出活性成分賽洛西賓。雖然毒性和危害性不高，但是在大多數國家或地區，含有賽洛西賓的蘑菇被禁止使用，許多國家的法律都將其歸類為管制藥物。 最近Compass Pathways公司公布了以賽洛西賓進行的一項憂鬱症治療的臨床測試結果（尚未經過同儕審查）。結果發現，以最高劑量（25毫克）治療的群組中，有29.1%的患者於三週後進入緩解；而於控制組（1毫克）只有7.6%緩解。以最高劑量治療的組別，在三個月後還處在緩解的狀態。而這些（233人）病患都是對其他憂鬱症用藥產生抗性的患者。以憂鬱症量表（the Montgomery-Asberg Depression Rating Scale）測量發現，最高劑量的組別其憂鬱症指數比控制組低了6.6分。 由於過去的許多憂鬱症用藥的效果都沒有這麼好，這使得科學家們對賽洛西賓寄以厚望。尤其對於重度憂鬱症，且對藥物已產生抗性的人來說，賽洛西賓可以成為未來的「神藥」也未可知。 參考文獻： Largest psilocybin trial finds the psychedelic is effective in treating serious depression

  圖片來源： 維基百科 臺灣水韭（ Isoetes taiwanensis ）是水韭屬的一種多年沉水、挺水或陸生之水生草本植物，分佈於陽明山國家公園七星山的夢幻湖，是台灣唯一一種水韭屬物種。最近它的基因體定序已完成，基因體為1.66GB，共有39,461個基因，重複的序列佔基因體的38%。 關於水韭屬（ Isoetes ）的植物有一點很特別的是，它們是CAM植物。我們在學習光合作用的時候，總是說CAM植物生存在極度缺水的地區，因此演化出了晚上開氣孔、白天關氣孔的機制來避免水分散失。照理說，生活在水中的水韭屬植物不會有缺水的問題，應該不需要進行CAM代謝吧？但是水韭屬植物都是如假包換的CAM植物，它們在夜間會累積有機酸，白天再把有機酸分解產生二氧化碳供光合作用使用。科學家們推測，或許水韭屬植物為了生存競爭而演化出進行CAM代謝--晚上開氣孔吸收二氧化碳，避免與其他水生植物競爭二氧化碳。 臺灣水韭很特別的一個地方是：一般的CAM植物都有兩個PEPC（phosphoenolpyruvate carboxylase）。這個酵素負責在RuBisCo之前將二氧化碳抓下來，與磷酸烯醇丙酮酸（PEP，phosphoenolpyruvate）反應產生草醯乙酸（OAA，oxaloacetate）。一般CAM植物中的兩個PEPC，其中一個為植物型，另一個為細菌型。植物型PEPC負責進行CAM代謝，而細菌型PEPC則與CAM代謝無關。 有趣的是，不只是植物型的PEPC，臺灣水韭的細菌型PEPC也與CAM代謝有關；研究團隊發現兩型的PEPC的晝夜循環表現都與CAM代謝基因的晝夜循環一致，而且細菌型的PEPC的表現量甚至高於植物型的PEPC。另外，臺灣水韭的植物型PEPC也缺乏其他CAM植物特有的天冬胺酸（aspartic acid）序列。這個天冬胺酸出現在PEPC的活化位址的附近，可提升PEPC的活性；但在台灣水韭的這個位子卻是精胺酸（arginine）或離胺酸（lysine），就像其他的非CAM植物一樣。當然，這可能是因為水韭屬植物在三億年前就跟其他的CAM植物分家的關係。 另外，臺灣水韭也有幾個生物時鐘相關的基因表現與一般植物不同。 參考文獻： D. Wickell et al. 2021. Underwater CAM photosynthesis elucidated by Iso

  吲哚乙酸（IAA），生長素的一種。圖片來源： 維基百科 。 植物的六大賀爾蒙之一的生長素（auxin）也是第一種被發現的賀爾蒙。從達爾文父子的時代，他們就發現生長素是造成植物向光生長的原因之一：生長素朝著背光面由莖頂生長點往下傳遞，造成細胞的延長，使植物向著光源的方向彎曲。但是，生長素怎樣造成細胞延長的呢？ 過去的研究發現，生長素分泌造成細胞膜上的氫離子幫浦H + -ATPase磷酸化，而這使得它活化。活化後的氫離子幫浦會將氫離子運到細胞外面去，使得細胞壁空間（apoplast）變酸。酸化使得位於細胞壁空間的膨脹素（expansin）活化，解開組成細胞壁的纖維素之間的氫鍵，然後植物就吸水把細胞長大--這是所謂的「酸生長假說」（acid growth hypothesis）。但是，到底是誰磷酸化氫離子幫浦，仍屬未知。 最近的研究發現，生長素分泌後會先活化一個穿膜激酶（transmembrane kinase，TMK）。研究團隊把穿膜激酶 TMK1 拿來進行免疫沉澱（immunoprecipitation），嘗試著找出會與它發生互動的基因，結果找到了氫離子幫浦的其中一個成員， AHA1 。再以 AHA1 來進行免疫沉澱後發現， AHA1 不但與 TMK1 有互動，與 TMK4 也有互動；而 TMK1 與 AHA2 也有互動。在原生質體（protoplast）中進行螢光共振能量轉移（FRET）測試，可以看到在生長素分泌後十秒，TMK1與AHA1就發生互動，顯示它們之間的確存在著互動關係。 這個穿膜激酶接著會去磷酸化氫離子幫浦（磷酸化的位置在倒數第二個蘇胺酸threonine）。缺少 TMK1 與 TMK4 的雙突變株，其 AHA2 、 AHA3 、 AHA7 的倒數第二個蘇胺酸無法被磷酸化，顯示AHA的磷酸化的確需要TMK。雖然缺少 TMK1 或 TMK4 的單突變株觀察不到什麼性狀，但 TMK1 與 TMK4 雙突變株有生長遲滯的問題，顯示這兩個基因在功能上有重疊。進一步的研究發現，直接以 TMK1 的激酶區位也可以磷酸化 AHA1 的倒數第二個蘇胺酸。 過去的研究顯示，生長素在活化氫離子幫浦的同時，也活化氫離子幫浦的ATP酶的活性。研究團隊發現，雖然缺少 TMK1 或 TMK4 的單突變株看不到ATP酶的活性受到影響，但 TMK1 與 TMK4 雙突變株的ATP酶

  圖片來源：維基百科 由於目前的主要糧食作物多半都是C3植物（如小麥、稻米、馬鈴薯），隨著氣候暖化，可預見的是這些植物的產量會因為升溫而受到影響，那麼，未來該種些什麼呢？ 最近一項研究認為：可以考慮將源自大洋洲新幾內亞、馬來半島、與西密克羅尼西亞的麵包樹（ Artocarpus altilis ）列入候選作物之一。 研究團隊以電腦模擬未來的氣候後發現，現在種植麵包樹的地方，到了2060年或2080年的時候還是可以種麵包樹。產量可能略有減少，但影響不大。 另外他們認為麵包樹的果實營養豐富，可以烤來吃、也可以磨粉後製作其他食品。 但是麵包樹真的可以做為未來的糧食作物嗎？雖然研究團隊似乎是相當肯定，但以麵包樹在台灣的利用程度，我個人是有點存疑的。 事實上，在十八世紀末時，班克斯（Joseph Banks）也曾認為麵包樹適合做為糧食，甚至還 派遣了植物學家去大溪地收集麵包樹的苗 ，但最後的結果是失敗的。 當然，過去失敗並不代表現在不會成功，但我個人是很懷疑麵包樹的產量有大到可以做為主要作物啦。 參考文獻： bioRxiv, DOI: 10.1101/2021.10.01.462801

  圖片來源： Plant Science 植物到底聽不聽得到聲音，或只是感覺到震動，這其實還不是很肯定；但在2017年的一篇研究發現，阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）會對200Hz（這是一個介於G3與G#3之間的音）起反應：它會朝向聲源生長！ 研究團隊用四天大的阿拉伯芥，讓它暴露在200Hz下兩週，結果發現它們會朝向聲音的來源生長（上圖b）。暴露在聲音下的幼苗，它們的側根也同時變短。側根變短的性狀，可以藉著提高鉀離子的濃度10mM來調整回來。 另外研究團隊也偵測到，在以聲音處理幼苗後五分鐘，週鞘（pericycle）的鈣離子濃度增加；另外也偵測到細胞內的過氧化物（superoxide）的量上升。鈣離子與過氧化物的上升，都可以用三價釓（Gd） 離子（鈣離子通道的抑制劑）來抑制。 由於側根變短的性狀很像缺鉀的症狀，所以研究團隊也測量了幼苗的鉀離子濃度。在以聲音處理幼苗9-12天後，幼苗的鉀離子濃度下降，且側根中鉀離子下降的程度很明顯。進一步的偵測顯示，幼苗在以聲音處理六分鐘後，鉀離子的濃度就下降了。 從這個研究可以看到，植物的確對低頻的聲音有反應，但這低頻的聲音有什麼意義呢？會不會是水流動的聲音？這就需要做進一步的探討了。 附上200Hz的聲音檔： 參考文獻： Rodrigo-Moreno A, Bazihizina N, Azzarello E, Masi E, Tran D, Bouteau F, Baluska F, Mancuso S. Root phonotropism: Early signalling events following sound perception in Arabidopsis roots. Plant Sci. 2017 Nov;264:9-15. doi: 10.1016/j.plantsci.2017.08.001. Epub 2017 Aug 10. PMID: 28969806.

  衣藻（ Chlamydomonas reinhardtii ）。圖片來源：維基百科 在自然界，藻類可以與珊瑚蟲、海綿、海葵等生物建立共生關係；過去雖然也發現斑點鈍口螈（ Ambystoma maculatum ）的胚胎會與 Oophila amblystomatis 這種綠藻 形成共生關係 ，且似乎會將綠藻傳給下一代，但對於成體的脊椎動物來說，似乎還沒有任何脊椎動物可以與藻類和平共存的例子。 最近德國的研究團隊，將兩種藻類：衣藻（ Chlamydomonas reinhardtii ）與藍綠菌（ Synechocystis sp. ）注射到非洲爪蟾（ Xenopus laevis ）的蝌蚪體內，觀察藻類是否能成功生存在兩棲類體內，甚至提供兩棲類它們需要的氧氣等養分。 在將藻類注射到蝌蚪的心臟後，藻類很快地沿著血管來到蝌蚪的腦部，讓蝌蚪的頭轉為綠色。接著研究團隊把蝌蚪的頭分離出來，進行後續的實驗。 在實驗中，研究團隊停止供應氧氣給蝌蚪的頭，當然大腦很快就停止活動。接著研究團隊用光照射有綠藻的蝌蚪頭或恢復提供氧氣給沒有綠藻的蝌蚪頭（控制組）。結果發現，有綠藻的蝌蚪頭在照光後15-20分鐘就開始有活動，比控制組快了兩倍。 這個實驗顯示了藻類可以存活於脊椎動物（兩棲）體內，並執行它應該要執行的功能。但若讓藻類持續生存在蝌蚪體內，會不會引發免疫反應，造成蝌蚪的腦炎等疾病呢？這就需要後續的實驗了。 參考文獻： Suzan Özugur et al. Green oxygen power plants in the brain rescue neuronal activity. iScience, published online October 13, 2021; doi: 10.1016/j.isci.2021.103158

圖片來源：維基百科 煙草是茄科的作物，歐洲人在「發現」美洲時也同時發現了煙草。但是究竟煙草什麼時候馴化，過去的證據認為大約是兩三千年前發生的事。 最近在北美洲猶它州的西沙漠（West Desert）的考古發現了煙草的碳化種子。種子本身無法進行碳14的同位素定年，但從其他一起發現的遺跡進行定年後顯示，煙草應該是在一萬兩千三百年前馴化，比過去的認知早了九千年。 參考文獻： Duke, D., Wohlgemuth, E., Adams, K.R. et al. Earliest evidence for human use of tobacco in the Pleistocene Americas. Nat Hum Behav (2021). https://doi.org/10.1038/s41562-021-01202-9

  圖片來源：維基百科 植物「聽」得到聲音嗎？曾聽說有植物可以聽到蟲的啃咬，而啟動防禦機制；但更有可能的是，植物是因為感應到蟲咬時放出的激發子（elicitors），於是啟動了防禦反應。 2015年的一個研究發現，讓番茄聽1kHz的聲音六小時，可以延遲番茄的成熟：「聽」過1kHz聲音六小時的番茄，在七天後還有85%的果實是綠的；但沒有「聽」過聲音的番茄，已經有50%都熟了（不過再放七天就全部都成熟了）。研究團隊發現，「聽」過聲音的番茄，乙烯（ethylene）的產量比沒聽過聲音的番茄要低得多。進一步的觀察發現，合成乙烯的基因如 ACS2 , ACS4 , ACO1 , E4 與 E8 ，以及與成熟相關的基因 RIN , TAGL1 , HB-1 , NOR , CNR ，在「聽」過聲音的番茄裡表現量都降低了。 於是研究團隊再次讓番茄「聽」聲音，這次他們測量了「聽」完聲音後六小時、兩天、五天與七天番茄的基因表現。結果發現合成乙烯與細胞分裂素（cytokinin）的基因表現量降低，與這兩個賀爾蒙相關的信息傳導路徑的基因表現也有降低的現象。而與黃酮素（flavonoid）、酚醛類（phenylpropanoid）與葡聚醣（glucan）類的化合物合成的基因表現量上升了。而且，這些基因表現上的變異，在大約七天時漸漸變得不那麼明顯。 另外，研究團隊還發現了兩個聲音特有的前微RNA（pre-microRNA）， miR6024 與 miR6026 。也就是說，聲音的確對植物會產生一些影響，但究竟真的是聲音？還是音波帶來的震動？這恐怕很難釐清了。 至於1kHz的聲音聽起來像什麼？ 補充：本來以為1kHz是中音C，但網友指正說中音C（C4）是261.626Hz，而1kHz是鋼琴彈不出的音，介於B5與C6之間。 參考文獻： Joo Yeol Kim, Seon-Kyu Kim, Jihye Jung, Mi-Jeong Jeong, Choong-Min Ryu, Exploring the sound-modulated delay in tomato ripening through expression analysis of coding and non-coding RNAs, Annals of Botany, Volume 122, Issue 7, 4 Decemb

  圖片來源： 維基百科 羅勒（basil）是原產於中非與東南亞的一年生或多年生植物，在台灣被稱做九層塔，不過我的經驗是歐洲人用的羅勒氣味比較沒有那麼強。中文名「羅勒」據說是梵語的音譯 ，英文名「basil」源自於拉丁文 basilius 與希臘文 basilikón phutón ，意為皇家/國王的植物，可能是因為曾用來製造皇家的香水的緣故。 羅勒特殊的香氣來自於單萜類（monoterpene）葑醇（fenchol）。最近的研究發現，葑醇對阿茲海默症可能有療效。 研究團隊發現，短鏈脂肪酸（SCFA，short-chain fatty acids）會隨著血流進入腦部，與大腦的「自由脂肪酸受器2」（FFAR2，free fatty acid receptor 2）結合，進而活化FFAR2。當FFAR2被抑制時，澱粉樣貝他蛋白（Aβ protein）就會開始累積，產生神經毒性。 接著研究團隊開始找尋有什麼分子能與FFAR2結合。他們看了超過十四萬個分子，找到了葑醇，它與FFAR2的結合能力最強。 後續的實驗發現，葑醇可以抑制線蟲與小鼠的阿茲海默動物模型以及人類細胞培養中的澱粉樣貝他蛋白累積、減少神經細胞死亡、加速澱粉樣貝他蛋白分解。 研究團隊接著要看，是否藉由每日攝取合理量的羅勒就可以用來治療阿茲海默症，或是需要給予更多的葑醇（如膠囊）才夠呢？ 葑醇是從焦磷酸香葉酯（GPP，geranyl pyrophosphate）而來。焦磷酸香葉酯合成焦磷酸芳樟酯（linalyl pyrophosphate），而後焦磷酸芳樟酯環化形成葑醇。 參考文獻： Atefeh Razazan et al. Activation of Microbiota Sensing – Free Fatty Acid Receptor 2 Signaling Ameliorates Amyloid-β Induced Neurotoxicity by Modulating Proteolysis-Senescence Axis. Front. Aging Neurosci, published online October 5, 2021; doi: 10.3389/fnagi.2021.735933

  硝酸根。圖片來源： 維基百科 氮（N，nitrogen）是植物的必需元素，不論是蛋白質、核酸、碳水化合物、脂肪都需要氮原子的參與。 植物吸收氮的形式主要是以硝酸根（nitrate）與銨（ammonium）的狀態來吸收，最近的研究發現，硝酸根的吸收會對吉貝素（GA，gibberellic acid）的合成產生影響。 研究團隊觀察小麥與阿拉伯芥在施放10mM的硝酸根後的反應。他們發現，硝酸根會活化與合成GA有關的基因（如 GA3ox1 、 GA2ox2 ）的表現，使細胞內GA（主要是GA4）的含量上升。當GA的量增加以後，就會造成抑制GA的DELLA蛋白減少，於是細胞就出現GA的生長反應：細胞增生與延長。因為硝酸根造成的生長反應與GA有關，所以研究團隊也發現，缺少所有的 DELLA 基因的突變株，在缺氮的時候生長反應不會受到抑制。 參考文獻： Nitrate signaling promotes plant growth by upregulating gibberellin biosynthesis and destabilization of DELLA proteins . Current Biology. 2021.

  辣薄荷（peppermint）。圖片來源： 維基百科 2021諾貝爾生醫獎在10月4日傍晚公布了，頒給發現感溫受器與感觸受器的兩位科學家。 有趣的事情是，發現感溫受器的David Julius是使用辣椒素（capsaicin）與薄荷醇（menthol）這兩種植物的化合物來找出感熱受器TRPV1與感冷受器TRPM8。其中感熱受器是他自己的發現，而感冷受器則是他與Ardem Patapoutian同年發現的。 辣椒素是辣椒中讓我們覺得辣的主要成分，為辣椒屬植物特產的生物鹼（alkaloid）。當初David Julius使用了辣椒素，其實本來是想要找到痛覺接受器（很多人都認為辣是一種痛覺），但當他找到TRPV1以後，卻發現這個受器用來感知攝氏40度以上的溫度，也就是會傷害我們的熱。不過，TRPV1不是唯一用來感知熱的接受器；後來其他研究團隊找到了TRPM3，可感知有害的熱。另外還有TRPA1可感知其他的辣味，如芥末。 至於感冷，又是另一個故事了。人與老鼠在溫度低於攝氏28度時，開始會感覺到冷（所以冷氣設在28度應該是合理的）；在這個範圍的冷被稱為無害的冷。在這個範圍，我們可以感知到攝氏0.5度的差距。 薄荷醇是一種具有揮發性的小分子萜烯（terpene）。這兩組人馬以薄荷醇為工具，同時找到了TRPM8這個感冷受器。他們在同一年（2002）發表研究成果，分別發表於《自然》（Nature）與《細胞》（Cell）雜誌上。 也就是說，當你擦薄荷油的時候，感覺到的涼意，是來自於TRPM8受器的啟動。雖然溫度沒有下降，但因為受器活化的緣故，所以你真的感覺到了一陣清涼。酷吧！ 參考文獻： Caterina MJ, Schumacher MA, Tominaga M, Rosen TA, Levine JD, Julius D. The capsaicin receptor: a heat-activated ion channel in the pain pathway. Nature 1997:389:816-824. McKemy DD, Neuhausser WM, Julius D. Identification of a cold receptor reveals a general role for TRP channels in thermosensation. N

  圖片來源：維基百科 提到根瘤，大家應該都不陌生；豆科植物為了補充自己對氮的需求，召喚土壤中的根瘤菌（rhizobium）前來定居，產生根瘤的構造。在根瘤中，根瘤菌將氮氣轉化為氨（ammonia），提供給植物；而植物提供醣類與氧氣給根瘤菌，讓根瘤菌可以生存。 雖然產生根瘤對植物有益，但根瘤的產生也是一種能量的消耗。如果氣候、光照不適合，植物就不會形成根瘤；這可能也就是清代的王筠在《說文釋例》（1873）中提到大豆的根瘤時的觀察發現：「細根之上，生豆累累，凶年則虛浮，豐年則堅好」的原因。 最近的研究發現，GmSTF3/4與GmFTs（FLOWERING LOCUS T）這兩個基因都會影響根瘤的形成。根瘤菌活化CCaMK這個蛋白質激酶，磷酸化GmSTF3，造成GmSTF3與GmFTs形成複合體，接著便會活化 NIN （nodule inception）與核因子 NF-YA1 及 NF-YB1 這三個基因的表現，造成根瘤的產生。 由於GmFTs在照光後本來就會從葉片經由篩管（phloem，韌皮部）移動到頂端生長點，這個研究發現將光線的刺激與根瘤的形成連結起來，進一步解釋了適合的光照（FT只有在光週期適合時才會移動到頂端生長點）與根瘤形成之間的關係。 參考文獻： SCIENCE • 1 Oct 2021 • Vol 374, Issue 6563 • pp. 65-71 • DOI: 10.1126/science.abh2890

  圖片來源： 維基百科 對於討厭花菜家族的人來說，花椰菜（cauliflower）與青花菜（broccoli）有個特殊的氣味，讓人無法忍受。當然，對喜歡它們的人來說，這氣味應該是沒什麼啦！至少對我來說是這樣的。 到底花菜家族的蔬菜，是什麼氣味令人討厭呢？最近的研究發現了花菜中令人討厭的氣味是什麼，而且這些化合物在遇到唾液後，還會被轉為其他的（也很討人厭的）化合物。 首先，研究團隊們將花椰菜以氣相層析分析後，再讓98對親子（小朋友的年齡介於6至8歲）聞聞看分析出來的不同的氣味。結果發現，在所有的化合物中，最令人討厭的是由S-甲基-l-半胱氨酸亞砜（S-Methyl-l-cysteine sulfoxide）轉化而成的二甲基三硫（DMTS，Dimethyl trisulfide）。 接著，研究團隊把花椰菜粉末與唾液混和，再分析所產生的揮發性化合物，看看親子們的唾液在遇到花椰菜之後會產生什麼化合物。結果發現，親子之間所產生的化合物光譜有高度的相關性，顯示了可能是口腔中的菌相影響到化合物如何被轉化。產生較多的DMTS等含硫化合物的孩子，也比較討厭吃花椰菜；但父母可能是已經比較習慣花椰菜的氣味，所以並未呈現這麼強烈的反應。 二甲基三硫有個腐爛與硫磺的氣味，大約只要1 PPT(parts per trillion)就可以聞到。 因為家人間會有相似的菌相，所以這結果也顯示了為何一家人之間的口味常有相似之處。 參考文獻： Damian Frank et al. In-Mouth Volatile Production from Brassica Vegetables (Cauliflower) and Associations with Liking in an Adult/Child Cohort. J. Agric. Food Chem, published online September 22, 2021; doi: 10.1021/acs.jafc.1c03889

因為近年來「閱讀素養」成為熱門考題，常在網路上寫科普文的敝人在下我，偶而也會收到出版社希望能用我的科普文來當作他們的題庫。 我大部分的時候都會說好，但我比較困擾的事情是，他們用了我的文章，但出的題目並不會給我看。雖然我曾提出要求，希望他們可以把出版品寄一份給我，但是出版社好像記性都不大好，所以我到昨天（2021/9/28）一份也沒收到。 不過，就在今天我收到了一份，用的是我在2015年寫的「 世界上最古老的花 」： 科學家最近發現，一百多年前在西班牙的庇里牛斯山（Pyrenees）發現的水生植物 Montsechia vidalii 的花才是最古老的。 過去這種植物未曾被仔細檢驗過。因此，它曾被歸類為地錢、木賊、針葉樹等植物。這次，為了仔細檢驗這種植物的化石，科學家們花了整整六年的功夫--因為它埋在石灰石裡。為了能夠仔細地檢查它的結構，科學家們非常小心地一滴一滴的滴上鹽酸，將它從石灰石中溶解出來以後，再以舒爾茨試劑（Schulze reagent）：先以硝酸與氯酸鉀處理後，再以稀氨水的水浴浸泡去除角質層以利觀察。 Montsechia vidalii 的角質薄而氣孔少，生存在白堊紀（Cretaceous period）的淡水淺湖裡。 Montsechia 在型態上與金魚藻屬的植物（coontail， Ceratophyllum ）很類似，雌花的頂端有孔，珠柄的位置顯示了種子（胚珠）是倒置的。雄花的花粉應該是以水為媒介帶到雌花頂端的孔後，才能完成傳宗接代的大事。 雖然近代只有小於百分之五的水生種子植物依靠水為媒介傳粉，但在一億三千萬年前，那時候昆蟲還不是傳粉的主要媒介生物；因此原始的種子植物以水傳粉也是非常合理的。 在槇原敬之的「世界上唯一的花」裡面的最後一段提到： 無論大花或小花 都不是相同之物 無法成為No.1也好 原本就是最特別的Only one 這世界上最古老的花，或許在當時也是唯一的花吧！儘管沒有花瓣、又小又不起眼，但它的確是最特別的only one，因為現在我們看到的、許許多多的開花植物，大概都是從它開始的喔！ 然後底下出了兩題測驗題。讓我有點困擾的是第一題測驗題： 閱讀本文，請推測長時間將Montsechia vidalii歸類為地錢、木賊、針葉樹等植物的原因是(A)生長於山上(B)植物角質薄而氣孔少(C)因長期被埋在石灰石裡(D

  1 R -(+)- cis -PMD的合成（左）。圖片來源： C＆EN 世界上最致命的生物不是鯊魚、也不是老虎獅子，而是蚊子。每年有超過一百萬人死於蚊子傳播的疾病，包括瘧疾、登革熱、黃熱病等。但是要消滅所有的蚊子是不可能的事，所以防蚊就變得很重要。 美國的疾病管制與預防署（CDC）有個 推薦使用防蚊化合物的清單 ，裡面推薦的五種物質連孕婦都可以使用，其中有兩種是天然的：檸檬桉精油與PMD（ p -menthane-3,8-diol， p -薄荷烷-3,8-二醇）。PMD其實也來自檸檬桉精油，但是PMD總共有四種化學構形。 過去這四種化學構形的PMD被發現對驅趕甘比亞瘧蚊（ Anopheles gambiae ）的效果差不多，但有些法國的化學家覺得這不太可能，畢竟不同的化學構形會影響到它的氣味及其他特性。 於是他們決定再深入研究。這次他們使用了白線伊蚊（ Aedes albopictus ），為茲卡病毒、屈公病與登革熱的病媒。結果發現：在空氣不流通的狀況下，四種PMD的效果差不多；但如果讓空氣可以流動時，其中一種化學構形， 1 R -(+)- cis -PMD，因為揮發率低，驅蚊效果明顯地勝出其他三種，甚至與目前最廣被使用的DEET（敵避）效果差不多。 雖然可以從檸檬桉分離出來，但工業上合成PMD通常是從香茅醛（citronellal）合成而來。研究團隊發現，只要將合成的溫度控制在低溫（上圖左，攝氏負78度），可以單獨合成1 R -(+)- cis -PMD。 雖然敵避很有效，但有些人會對它過敏，且它有神經毒性。因此，能夠找到與敵避差不多效用的天然的化合物，意味著未來可以用這個化合物來取代敵避做為驅蚊化合物。 參考文獻： J. Agric. Food Chem. 2021, DOI: 10.1021/acs.jafc.1c03897

  圖片來源：維基百科 胡蘿蔔（ Daucus carota subsp. sativus）源自於阿富汗，原來的顏色是紫色或白色的；據說是十六世紀時通過荷蘭人的手被選育成橘色的。橘色的顏色來自於類胡蘿蔔素（carotenoid），紫色則是來自花青素（anthocyanin）。 過去的研究發現，胡蘿蔔的橘色不只是受到類胡蘿蔔素累積的影響，類胡蘿蔔素是否會受到分解，也很重要。負責分解類胡蘿蔔素的酵素是「類胡蘿蔔素裂解雙加氧酶」（CCD，Carotenoid cleavage dioxygenases）包括 CCD 和九順式環氧類胡蘿蔔素雙加氧酶 (NCED，nine- cis epoxycarotenoid dioxygenase)。 最近的研究發現，白色胡蘿蔔中的 CCD4 在它的軸根中表現量較高；這引起了研究團隊的興趣，決定要看看這個基因對胡蘿蔔軸根顏色的影響。 研究團隊將這個基因在橘色的胡蘿蔔中高量表現，結果產生了淺黃色的胡蘿蔔。這顯示了這個基因的確對胡蘿蔔軸根顏色很重要，但應該不是唯一的基因，否則高量表現應該會產生白色的胡蘿蔔才對。相對的，當研究團隊在白色胡蘿蔔中把這個基因給剔除，產生的也是淺黃色的胡蘿蔔，顯示了白色胡蘿蔔中的確還有其他的基因與軸根顏色相關。 酵素活性測試顯示了 CCD4 可以切割α-與β-胡蘿蔔素。高量表現此基因的橘色胡蘿蔔，裡面所含的α-與β-胡蘿蔔素也大為減少；而剔除此基因的白色胡蘿蔔，其β-胡蘿蔔素的量有上升。這些結果都顯示了 CCD4 基因的確與胡蘿蔔軸根的顏色有關，且軸根的顏色與類胡蘿蔔素的累積也有關係。 參考文獻： Li, T., Deng, Y.-J., Liu, J.-X., Duan, A.-Q., Liu, H. and Xiong, A.-S. (2021), DcCCD4 catalyzes the degradation of α-carotene and β-carotene to affect carotenoid accumulation and taproot color in carrot. The Plant Journal. Accepted Author Manuscript. https://doi.org/10.1111/tpj.15498

  獨腳金內酯的一般結構。圖片來源： 維基百科 獨腳金內酯（strigolactone）是一種植物賀爾蒙，在植物種子萌發時會分泌，促進土壤中的細菌與植物的根部形成共生關係，對植物的生長發育很重要。但是，如 獨腳金 這類的寄生植物，也會藉由感應獨腳金內酯來讓自己的種子搶在宿主植物之前發芽，以便達成寄生的目的。所以，最好能仔細研究這個賀爾蒙，瞭解它在植物中的角色。 但是要研究獨腳金內酯卻並不容易，因為目前無法以化學合成，只能從自然來源中提取。最近的研究終於開發了合成獨腳金內酯的方法：將合成相關的基因分別轉入酵母菌（ S.cerevisiae ）與大腸桿菌（ E. coli ）中，並將兩種菌混合培養。 其實，研究團隊一開始是打算只使用酵母菌系統的。但是酵母菌雖然會將獨腳金內酯的前驅物carlactone給修飾形成獨腳金內酯，卻無法合成carlactone。 後來，研究團隊嘗試著在大腸桿菌中轉入合成carlactone的酵素基因。結果大腸桿菌可以合成carlactone，但產物的穩定性卻不夠，而且大腸桿菌系統也無法產生後續的酵素來將carlactone修飾以產生獨腳金內酯。 最後研究團隊決定將兩種菌混和培養。神奇的事情發生了！將這兩種菌混和培養，大腸桿菌負責產生carlactone，而酵母菌則將carlactone接過來修飾，產生獨腳金內酯。 雖然目前的產量大約是每公升47微克（microgram），但是因為賀爾蒙通常都只需要極低的濃度就可以產生作用，所以這樣的產量對科學研究來說也就足夠了。 能夠在實驗室中製造獨腳金內酯，就可以進行更多關於它的研究，也更能瞭解這個分子在植物中所扮演的角色。 參考文獻： Sheng Wu, Xiaoqiang Ma, Anqi Zhou, Alex Valenzuela, Kang Zhou, Yanran Li. Establishment of strigolactone-producing bacterium-yeast consortium. Science Advances, 2021; 7 (38) DOI: 10.1126/sciadv.abh4048

  ANT。圖片來源： PNAS 提到植物的抗旱賀爾蒙，大家馬上就會想到離層酸（ABA，abscisic acid）。離層酸在植物感受到缺水時分泌，會使得氣孔關閉。 除了抗旱以外，離層酸也有抑制種子發芽的功能。有些種子之所以在成熟後進入漫長的休眠，就是因為種子內所含的離層酸濃度很高。 最近的研究合成了一個稱為antabactin（ANT）的分子。這個分子目前我將它暫譯為「反離層酸」，它可以干擾離層酸受器與離層酸的結合。 這個分子是怎麼合成的呢？是以所謂的「點擊化學」（Click chemistry）的方式。「點擊化學」是由2001年諾貝爾化學獎得主巴里·夏普萊斯（K. Barry Sharpless）在2001年引入的一個合成概念，主旨是通過小單元的拼接，來快速可靠地完成形形色色分子的化學合成。 ABA。圖片來源： PNAS 首先，研究團隊手上已經有個能模仿離層酸作用的化合物，稱為Opabactin（OP）。因為OP的C4 nitrile（下圖紅圈處）跟離層酸的C4'環（上圖）在構形上有類似之處（superimposable），所以研究團隊決定將OP的這個位置進行修飾。接著，他們便以opabactin為藍本，利用點擊化學的原理，將它的C4 nitrile位置修飾，迅速合成了四千個衍生物。接著他們就從這四千個衍生物中篩選出與opabactin生物活性相反的化合物，於是就找到了「反離層酸」。X光繞射可以清楚地看到，反離層酸與阿拉伯芥的離層酸受器緊密地結合，阻礙了受器與其他分子的互動。 OP。C4 nitrile以紅圈標出。圖片來源： PNAS 反離層酸可以讓阿拉伯芥、大麥與番茄的種子提早發芽；未來應該可以應用它在一些難以發芽的種子上。 參考文獻： Aditya S. Vaidya, Francis C. Peterson, James Eckhardt, Zenan Xing, Sang-Youl Park, Wim Dejonghe, Jun Takeuchi, Oded Pri-Tal, Julianna Faria, Dezi Elzinga, Brian F. Volkman, Yasushi Todoroki, Assaf Mosquna, Masanori Okamoto, Sean R. Cutler. Click-to-lead design o

  圖片來源：維基百科 椰子是一種各種部位都有用的植物，所以又被稱為「生命之樹」（tree of life）。2019年， 全世界種植面積最廣的果樹 就是椰子了，共有一千一百八十多萬公頃。 目前椰子的繁殖都是以實生苗為主，但有許多椰子農場的椰子樹們都已經開始老化，需要被重新栽種；氣候變遷與海平面上升也威脅到椰子的生存。另外，由植物菌質體（phytoplasma）引起的Lethal Yellowing也不可輕忽，這種疾病藉由飛蝨等昆蟲傳播，目前無法治療，只能靠預防。 由於以上這些因素，讓科學家們覺得有必要開發組培椰子的技術。怎麼說呢？因為一顆椰子的種子只能產生一株幼苗。在自然狀況下椰子不會產生側芽，因此若能藉由實驗室技術，在組培時誘導椰子產生側芽，便可以大量繁殖椰子的幼苗。 最近有一個研究團隊開發了組培椰子的技術。他們以Y3培養基加上1 µM 的TDZ（Thidiazuron，噻苯隆，一種細胞分裂素，可用作除草劑）來培養椰子的頂端分生組織，可產生許多小芽。這些小芽又可以分開培養成幼苗，再種植成為成株。 以這個技術所培養出來的小芽，也可以放在攝氏負196度下保存，等需要的時候再解凍種植，因此也可以做為保留椰子種原多樣性的方法之一。 參考文獻： Hannes Wilms, Dries De Bièvre, Kevin Longin, Rony Swennen, Juhee Rhee, Bart Panis. Development of the first axillary in vitro shoot multiplication protocol for coconut palms. Scientific Reports, 2021; 11 (1) DOI: 10.1038/s41598-021-97718-1

  左為遭受植物菌質體感染的花。圖片來源： 維基百科 植物菌質體（phytoplasma）是一種沒有細胞壁的生物，構造跟黴漿菌類似。植物菌質體通常藉由葉蟬、飛蝨等吸取篩管汁液的害蟲作為媒介來感染植物。感染後，植物便會出現光長葉子不長花的狀態，被稱為「僵屍植物」（zombie plants）。（如圖中的花）為什麼要光長葉子不開花，因為這些葉片就是讓植物菌質體寄生的地方。 到底為什麼植物菌質體有這樣的能力？最近發表在《細胞》期刊上的研究發現，SAP05蛋白可以「綁架」位於植物26S蛋白質體中的泛素受體（ubiquitin receptor）RPN10蛋白，造成與開花有關的基因SPL與GATA發育調節子（GATA developmental regulators）被分解掉，於是植物就不會進入生殖階段。 有趣的事情是，雖然動物也有RPN10蛋白，且與植物長得很像，但植物菌質體的SAP05並不會與昆蟲的RPN10蛋白結合。將RPN10蛋白的兩個胺基酸改變後，可使SAP05失去與RPN10結合的能力。 如果能將類似的RPN10蛋白的突變以基因編輯的方式引入作物，應該能做出可抵禦植物菌質體感染的作物，對提升作物產量會有幫助。 2015年曾有 研究 發現，在不同的植物中的植物菌質體，會以不同的機制來制止植物進入繁殖階段；本篇的發現又提供了另一個殊途同歸的機制。 參考文獻： Weijie Huang, Allyson M. MacLean, Akiko Sugio, Abbas Maqbool, Marco Busscher, Shu-Ting Cho, Sophien Kamoun, Chih-Horng Kuo, Richard G.H. Immink, Saskia A. Hogenhout. Parasitic modulation of host development by ubiquitin-independent protein degradation. Cell, 2021; DOI: 10.1016/j.cell.2021.08.029

  黃單胞菌屬導致的疾病。圖片來源： 維基百科 黃單胞菌屬（ Xanthomonas ）是很常見的植物病原菌，整個屬除了嗜麥芽糖黃單胞菌（ Xanthomonas maltophilia ）為人類的條件致病菌，其他都是植物的致病菌。 最近的研究發現，在水稻中表現黃單胞菌屬蛋白XopC2，可啟動茉莉酸訊息傳導，也會使得氣孔張開；這使得水稻更容易被黃單胞菌感染。 進一步的研究顯示，XopC2蛋白可磷酸化水稻的OSK1蛋白。磷酸化的位置在OSK1蛋白的第五十三個胺基酸（絲胺酸，Serine）上。磷酸化可使OSK1蛋白與茉莉酸受器OsCOI1b結合的能力提升，同時也提高了與茉莉酸信息傳導相關的JAZ轉錄抑制子（JAZ transcription repressor）的泛素化（ubiquitination）與分解，這也使得植物更容易被感染。 參考文獻： Wang, S., Li, S., Wang, J. et al. A bacterial kinase phosphorylates OSK1 to suppress stomatal immunity in rice. Nat Commun 12, 5479 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-25748-4

 自從Clubhouse誕生後，我無意中在今年過年時發現了浩爾跟小路的《全球串連早安新聞》，發現不只是主持人厲害，聽眾中也不乏專家，所以在許多時事上往往可以聽到非常棒的見解。這讓我養成了每週一到週五（假日除外）必收聽的習慣。 當然，可能是受限於主持人的專長，所以節目比較少提到生技醫藥方面的新聞。卻沒想到在今天早上出現了〈延長壽命新發現〉的主題。 由於主持人總是在深入報導之前，會先稍微提一下這個主題到底是要說什麼；讓我在送女兒去上班（我們家只有一輛車，平常是女兒在用，但我今天要用車，所以我就要當司機）的路上，可以聽到原來是關於聯合報報導「西伯利亞冷杉」（Siberian fir， Abies sibirica ）萃取物可以有長生不老的效果，是因為它可以啟動細胞的自噬作用（autophagy）。 因為從事科普傳播已經有十多年，我一聽到這個新聞，直覺就覺得這大概又是一則過度報導的新聞。 圖片擷取自 聯合報 當然還是要讚美一下聯合報，也讚美我的同行們這些年來努力推動「負責任的報導」，所以這篇翻譯的外電最後有提了一句來源來自 國際科學雜誌「衰老」9月號 。我用了「Siberian fir」與「Aging」這兩個關鍵字查詢，就查到了 原文 ： 截圖取自 Aging 讀了一下標題與摘要就發現，這篇論文是以西伯利亞冷杉萃取物（abisil）去處理人的纖維母細胞（fibroblast），然後觀察纖維母細胞有什麼反應。他們發現處理過的纖維母細胞有幾個變化，其中之一就是會啟動自噬作用。 自噬作用是做什麼的呢？自噬作用是細胞用來清除老廢物質的途徑，可以說就像我們的垃圾場＋回收廠。但是自噬作用與長生不老有無關連？說真的，關連應該不大。 至於文章裡面提到的萜烯（terpene），它們是植物的次級代謝物（secondary metabolite），很多精油的主要成分都是它。事實上如果單獨查找「西伯利亞冷杉」，會看到可以在市面上買到它的精油。 這類的實驗其實並不難做，而纖維母細胞也是實驗室裡很常用的實驗系統。但是要從這樣的實驗應用到人體（如果真能應用的話），還有非常長的路要走。 從聯合報的報導可以看出，這篇文章應該是聯合報翻譯外電，而外電的來源應該是來自那家俄羅斯的公司Initium Pharm。我找了一下，找不到那篇外電；不過現在很多學校、機關為了彰顯自己有進度、有成果，在期刊論文發出的時候，也

  圖片來源： 維基百科 一般我們提到椰子，大概講得都是可以吃的可可椰子（ Cocos nucifera ）。可可椰子是椰屬（ Cocos ）中唯一現存種，其原產地有兩種說法，一說源於印度-太平洋區域（Indo-Pacific），另一說源於南美。祖先可能是兩千三百萬到五百三十萬年前的 Cocos zeylanica ，其果實只有3.5公分長，1.3-2.5公分寬。屬名 Cocos 源自葡萄牙語，意為「頭」或「顱」（skull）。 椰子是很有用的植物，外殼可以做燃料，種子（椰仁）的果肉可製椰絲、榨椰漿（椰奶）或提煉椰子油；椰子水（胚乳）可以直接喝，或發酵為椰子酒；樹幹可以做船槳、樑柱；樹葉可蓋屋頂、製掃帚，所以椰子樹也有「生命之樹」（tree of life）之稱。 椰子在司馬相如的〈上林賦〉中稱為「胥邪」（留落胥邪，仁頻並閭），不知道什麼時候就改名椰子了。但是，到底為什麼椰子要叫做椰子呢？根據李時珍《本草綱目》裡的說法是這樣的： 按稽含《南方草木狀》云：相傳林邑王與越王有怨，使刺客乘其醉，取其首，懸於樹，化為椰子，其核猶有兩眼，故俗謂之越王頭，而其漿猶如酒也。此說雖謬，而俗傳以為口實。南人稱其君長為爺，則椰名蓋取於爺義也。 也就是說，椰子是從越王的頭幻化而成；而因為南方人都稱呼君長為「爺」，所以胥邪就變成椰子了。其實在《南方草木狀》裡面，並沒有為何胥邪改稱為椰子那一段： 椰，樹葉如栟櫚，高六七丈，無枝條。其實大如寒瓜，外有麤皮，次有殼，圓而且堅；剖之有白膚，厚半寸，味似胡桃而極肥美；有漿，飲之得醉。俗謂之越王頭，云：昔林邑王與越王有故怨，遣俠客刺得其首，懸之于樹，俄化為椰子。林邑王憤之，命剖以為飲器（南人至今效之）。當刺時，越王大醉，故其漿猶如酒云。 《南方草木狀》據說成書於公元304年（西晉），也就是說，在那個時候大家已經懂得吃椰子了。 有趣的是，《南方草木狀》裡面還解釋了椰子為什麼會有椰子水（椰汁）：「 當刺時，越王大醉，故其漿猶如酒云。 」所以是說人喝醉了變笨是因為腦子進水了嗎？

  圖片來源： 維基百科 颱風天，卻沒有多少颱風的感覺；滑FB看到某日本協會說「你知道葡萄是全世界栽種面積最廣的水果嗎？」想了一下，覺得最好還是上去聯合國農糧署查一下資料（關鍵字：FAOSTAT），結果發現，最新的資料（2019），除非椰子不算水果，否則葡萄絕對不是栽種面積最廣的水果。 第一名是椰子，2019年栽種面積11,807,156公頃； 第二名是葡萄，2019年栽種面積6,925,972公頃； 第三名是大蕉（plantains），2019年栽種面積5,714,718公頃； 第四名是芒果，2019年栽種面積5,588,716公頃； 第五名是香蕉（banana），2019年栽種面積5,158,582公頃。 當然眾水果們絕對比不上糧食作物。 第一名的糧食作物是小麥，2019年栽種面積215,901,958公頃； 第二名的糧食作物是飼料玉米（maize，FAO把鮮食玉米叫做"maize, green"），2019年栽種面積197,204,250公頃； 第三名的糧食作物是水稻，2019年栽種面積162,055,938公頃。 但是如果椰子不算水果，要算什麼呢？網友回饋：可能算做油料作物吧，畢竟椰子可以鮮食的部分大概只有椰子水而已。

  RG-I。圖片來源： Science Advances 根瘤線蟲（root knot nematodes）是植物根部的寄生蟲，會在植物的根部造成根瘤，使植物吸收水分與養分的能力下降，造成損失。雖然已經有藥劑可以控制，但使用藥劑還是會有一些安全上的考量，所以科學家們一直想要找出控制根瘤線蟲的方法。 過去的研究已知根瘤線蟲會藉著趨化作用（chemotaxis）找到植物的根，但是到底是植物根部分泌的什麼物質對根瘤線蟲有吸引力，目前仍屬未知。 最近日本的研究發現，亞麻根部分泌的一個寡醣rhamnogalacturonan-I（RG-I）會被根瘤線蟲辨認。深入研究發現，RG-1的半乳糖（galactose，上圖綠色）與主體連接的部分，也就是α-1-半乳糖-1,3-鼠李糖（α-l-galactosyl-1,3-l-rhamnose）是重要的辨認構造。這個雙糖本身就已經可以吸引根瘤線蟲了。 未來可應用這部分的結果來進行根瘤線蟲的防治。 參考文獻： Allen Yi-Lun Tsai, Yuka Iwamoto, Yoichi Tsumuraya, Morihiro Oota, Teruko Konishi, Shinsaku Ito, Toshihisa Kotake, Hayato Ishikawa, Shinichiro Sawa. Root-knot nematode chemotaxis is positively regulated by l-galactose sidechains of mucilage carbohydrate rhamnogalacturonan-I. Science Advances, 2021; 7 (27): eabh4182 DOI: 10.1126/sciadv.abh4182

  新疆野蘋果。圖片來源：維基百科 因為容易儲存、味美多汁，蘋果是非常受歡迎的水果之一。在美國，每年吃掉的水果有四分之一是蘋果。從早期的五爪（Golden Delicious）到現在的富士（Fuji）與加拉（Gala），蘋果一直都是許多人的心頭好。 但是，要選育出好吃又營養的蘋果並不容易。一般而言，從種子種下去到開花結果至少要七年；而到真正選育出純品系，則需要十幾二十年的功夫。更不用提整個選育過程需要廣大的土地來種植這些未知品系了。 最近俄亥俄州立大學將124種（包括五爪、富士、加拉等受歡迎的品系）蘋果的基因標記與數百個蘋果生產的化合物以及特性輸入，建立了一個龐大的資料庫。這個資料庫可讓育種者在蘋果還是小苗的時候，就能夠使用「分子育種」技術--透過分析基因標記--得知哪一株小苗能產出又美味又營養的蘋果。 參考文獻： Emma A. Bilbrey, Kathryn Williamson, Emmanuel Hatzakis, Diane Doud Miller, Jonathan Fresnedo‐Ramírez, Jessica L. Cooperstone. Integrating genomics and multi‐platform metabolomics enables metabolite QTL detection in breeding‐relevant apple germplasm. New Phytologist, 2021; DOI: 10.1111/nph.17693

  圖片來源：維基百科 早期的植物學實驗發現了一個神秘的分子，被稱為「開花素」（florigen）：當科學家把兩株植物的維管束連結在一起時，只要其中一株植物暴露在適當的光週期下，兩株植物會同時開花。他們認為這是因為暴露在適當光週期下的植物合成了「開花素」，透過維管束傳遞給另一株植物，所以兩株都開花了。 近年來的研究，讓許多科學家相信，開花素就是 FT （ FLOWERING LOCUS T ）。長日照使得維管束（可能是篩管phloem）中 FT 的轉錄活化，產生的 FT 蛋白接著運輸到頂芽生長點，讓頂芽從葉芽轉為花芽。 FT 的序列與許多脂肪結合蛋白有相似性，但過去並不清楚它究竟有沒有與脂肪結合的能力。 最近發現，原來 FT 蛋白可以辨認膜上的磷脂醯甘油（phosphatidylglycerol）。 FT 在伴細胞（companion cell）內轉錄產生，低溫（如攝氏16度）時 FT 會與伴細胞膜上的磷脂醯甘油結合，這使得它停留在伴細胞裡，造成植物不開花。以無法合成磷脂醯甘油的突變株測試發現，因為沒有磷脂醯甘油將FT留在伴細胞中，造成 FT 很快被運送到頂芽生長點，於是植物在低溫下就會提早開花。在野生種阿拉伯芥裡，適溫會讓FT蛋白與磷脂醯甘油的結合變弱，讓FT蛋白移動到頂芽生長點，於是植物就進入開花狀態了。 到了頂芽生長點，FT會辨認另一個膜上的脂肪：磷脂醯膽鹼（phosphatidylcholine），來誘導植物進入開花狀態。FT對不飽和度較高的磷脂醯膽鹼的親和力較高。 這些發現還需要更詳細的研究來確認。雖然目前從FT的結晶結構可以看到可能的脂肪結合位置，但如果真的能將FT與磷脂醯甘油或磷脂醯膽鹼結合並得到結晶，應該是更好更直接的證據。 參考文獻： SCIENCE • 3 Sep 2021 • Vol 373, Issue 6559 • pp. 1137-1142 • DOI: 10.1126/science.abh4054

  圖片來源：維基百科 英國的Rothamsted Research在八月二十四日宣布，英國政府已經核准他們進行基因編輯小麥的田間試驗，為期五年。 即將要測試的基因編輯小麥，是以基因編輯手法（CRISPR）將天冬醯胺合成酶（asparagine synthetase）給剔除。如此一來可以降低小麥的天冬醯胺（asparagine）的含量。 剔除天冬醯胺合成酶（TaASN2）要做什麼呢？原來天冬醯胺在烘焙、油炸等高溫烹調過程中，會與還原糖發生反應（稱為梅納反應），產生有毒的丙烯醯胺（acrylamide）。丙烯醯胺已經被證明在小鼠中會致癌，但尚未在人體發現。 田間試驗主要是要測試這個品系是否在自然的環境下，仍只會產生少量的天冬醯胺；之前的測試結果發現，有些基因編輯小麥產生的天冬醯胺只有親本的10%。 雖然孟山都在2004年就研發出基改小麥，但當時因為加拿大等國家的反對，美國並未核准基改小麥上市；不過在2020年阿根廷 核准 了一種抗旱的基改小麥。 英國這個田間試驗，如果最後得到核准，可能是歐盟的第一個基因編輯小麥。由於基因編輯技術只會改變目標基因的序列，並不會在作物上加入額外的基因，有別於傳統的基改，所以一直有說法認為它不是基改。 參考文獻： Farmers Weekly. Rothamsted gets green light to trial gene-edited wheat .

  圖片來源： 維基百科 毒死蜱（chlorpyrifos）是一種有機磷殺蟲劑，它在1965年由陶氏化學開發。目前毒死蜱在加拿大禁用，但在許多國家還是可以使用的。 最近的研究發現，毒死蜱會抑制小鼠的棕色脂肪組織（brown fat tissue）燃燒脂肪，造成小鼠肥胖。 棕色脂肪組織負責在寒冷時進行所謂的「不發抖產熱」（non-shivering thermogenesis），幫助我們維持體溫。幼年期的哺乳動物含有較多的棕色脂肪組織，這可以幫助幼年哺乳動物維持體溫維持得更好（因為幼年期哺乳動物神經系統尚未發育成熟，大腦的體溫控制系統還無法像成年哺乳動物一樣精準地控制體溫）。我們常用「囝仔屁股三斗火」來形容小孩子的體溫比成年人高，其實就是棕色脂肪組織的貢獻。隨著逐漸長大，棕色脂肪組織會慢慢變少。 棕色脂肪組織內含大量的粒線體，這些粒線體配備有UCP1蛋白（uncoupling protein 1），讓粒線體的電子傳遞鏈的能量不用來合成能量（ATP，三磷酸腺苷）轉而產熱。 研究團隊研究了34種不同的農藥，他們讓小鼠食用高卡路里的食物同時也暴露在這些農藥之下，結果發現只需要一皮莫爾（1 pM）濃度的毒死蜱，就可以抑制棕色脂肪組織中的UCP1蛋白。 毒死蜱不只可以造成肥胖，還會造成非酒精性脂肪肝與胰島素阻抗。 過去也曾有 研究 發現，懷孕時暴露在DDT環境中，產生的後代有肥胖的風險。 參考文獻： Bo Wang, Evangelia E. Tsakiridis, Shuman Zhang, Andrea Llanos, Eric M. Desjardins, Julian M. Yabut, Alexander E. Green, Emily A. Day, Brennan K. Smith, James S. V. Lally, Jianhan Wu, Amogelang R. Raphenya, Krishna A. Srinivasan, Andrew G. McArthur, Shingo Kajimura, Jagdish Suresh Patel, Michael G. Wade, Katherine M. Morrison, Alison C. Holloway, Gregory R. Steinberg. The pesticide chlorpyrifos

  圖片來源： 維基百科 身為光合自營生物但不會動，植物對光線的敏感度是其他生物所不能比擬的。植物有負責感應紅光/紅外光的光敏素（phytochrome）、負責感應藍光與長波紫外光的隱花色素（cryptochrome）與向光素（phototropin），還有負責感應短波紫外光的光受器UVR8。以阿拉伯芥為例，阿拉伯芥有五個光敏素（PhyA、B、C、D、E）、兩個隱花色素（Cry1與Cry2）、數個向光素（較為重要的是Phot1與Phot2）。 過去的研究已知，光敏素A與B、向光素1、隱花色素2在照光後會分解。那麼隱花色素1會不會分解呢？最近的研究發現，強藍光照射後，隱花色素1會被泛素化（ubiquitination），然後送到26S蛋白質體（26S proteosome）中去分解。 研究顯示，隱花色素1的泛素化與E3泛素連結酶（E3 ubiquitin ligase）COP1有關。另外一群E3泛素連結酶LRB也跟它的分解有關。 另外，BIC1會透過抑制隱花色素1的雙體化/聚合來抑制藍光引發的隱花色素1的分解。 所以，跟光敏素A、B，隱花色素2以及向光素1類似，隱花色素1在照光後也是會進行分解，且這個分解必須先被泛素化。 參考文獻： Miao, L., Zhao, J., Yang, G., Xu, P., Cao, X., Du, S., Xu, F., Jiang, L., Zhang, S., Wei, X., Liu, Y., Chen, H., Mao, Z., Guo, T., Kou, S., Wang, W. and Yang, H.-Q. (2021), Arabidopsis cryptochrome 1 undergoes COP1 and LRBs-dependent degradation in response to high blue light. New Phytol. Accepted Author Manuscript. https://doi.org/10.1111/nph.17695

  圖片來源： C＆EN 在日本很受歡迎的納豆（natto），是黃豆經過枯草桿菌（ Bacillus subtilis ）發酵後的加工食品。納豆很黏稠，會「牽絲」，有的人會把它與起司來相提並論。 最近的研究發現，納豆的「黏TT」與它在發酵過程中產生的γ-聚穀胺酸（γ-polyglutamic acid，γ-PGA）有關，而γ-聚穀胺酸被發現有降血糖的功用。 研究團隊找了一群尚未得糖尿病，但在吃飽飯後血糖會上升超過平均值的人做為受試者。這些受試者分成三組，第一組食用加了含有高量γ-聚穀胺酸納豆的飯，第二組食用加了含有低量γ-聚穀胺酸納豆的飯，第三組則只有吃飯。 測試這三組的血糖與胰島素濃度發現，第一組的血糖與胰島素濃度降得最低，其次是第二組。第三組的血糖與胰島素的濃度最高。 當然，這並不代表糖尿病病人可以不用理會醫生的處方，就開始放心地吃納豆配飯。真的有糖尿病，還是要乖乖地去看醫生，才是對自己最好的。 參考文獻： Nutrients 2020, DOI: 10.3390/nu12082374

  圖片來源：維基百科 維甲酸（retinoids）是一群結構與維生素A有關的化合物。在動物，維甲酸與細胞的分化、視力、免疫功能、抑癌基因的活化有關；但是動物無法合成維甲酸，必須由植物獲取。 許多植物都會合成維甲酸以及相關的化合物。但是植物合成維甲酸是要做什麼呢？最近的研究發現，維甲酸與植物的側根（lateral roots）形成有關。 植物在主根長出來以後，隔一段時間就會長出一條側根。已知側根在哪裡長出、何時長出，都受到調節，被稱為「側根鐘」（lateral root clock）。 為了要測試植物中是否也存在著與維甲酸結合的蛋白質，研究團隊使用了MCA（merocyanine aldehyde）。MCA的一端具有Cyanine-5 (Cy5)結構，另一頭則是類似於維甲酸的構造。當MCA與維甲酸結合蛋白結合時，Cy5這一邊就會放出螢光。 當研究團隊把阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）的根以10 μM的MCA處理後，在根部仍在發育的區域出現了一些螢光點；另外根尖生長點與還在分裂的細胞也出現了螢光。進一步的研究發現，這些螢光點不但與未來側根出現的地方重疊，且在側根生長點出現前五小時就可以看到螢光，顯示了維甲酸可能真的與側根的生長有關。 當研究團隊使用了抑制類胡蘿蔔素合成的化合物來處理植物根部時，由於維甲酸合成也經由同一途徑，於是螢光就大大地減少，側根的生長也受到了抑制，進一步顯示了維甲酸信號對側根合成的重要性。當研究團隊提供外來的維甲酸時，螢光再度出現，側根的生長頻率也回復了。 到底是植物的什麼蛋白質與維甲酸結合呢？研究團隊搜尋基因資料庫後發現，有個稱為 TIL (AT5G58070)的基因，其序列與脊椎動物的lipocalin（維甲酸結合蛋白的一種）有相似性。進一步的分析發現， TIL 出現的地方與側根出現的地方有重疊，表示 TIL 可能就是植物的維甲酸結合蛋白。在植物體外測試也顯示 TIL 的確可以與維甲酸結合。 缺少 TIL 的突變株，其側根的發育大大地減少，以MCA處理 TIL 突變株也看到螢光變得很弱，顯示了 TIL 的確就是透過與維甲酸結合來調節植物側根的生長。以維甲酸來處理缺少 TIL 的突變株，只有非常弱的反應，進一步確認了 TIL 在植物維甲酸信息傳遞上的角色。 所以，研究團隊發現了維甲酸對植物生長發育的角色，也找到了植物中會與

  圖片來源：維基百科 近交衰退（Inbreeding depression）發生在動物與植物近親繁殖的個體之間。過去科學家們認為，會發生近交衰退可能是因為近親們基因相似，造成有害基因過度表現或是優勢基因因為過量表現造成抑制的緣故。但真正的機制還沒有被解出。 最近以玉米為模式的研究發現，當玉米進行近親繁殖時，負責控制植物生長發育的TCP轉錄因子（Teosinte branched1/cycloidea/proliferating cell factor transcription factors）的結合位址會發生過度甲基化的現象。這些TCP結合位址（牽涉到數千個基因）的過度甲基化，使得它們無法被TCP轉錄因子辨認，造成它們無法被表達出來或是表現量大大降低，於是影響到許許多多牽涉到粒線體、葉綠體與核糖體的基因的表現量都大幅下降，造成子代活力降低，於是我們就說這是「近交衰退」。 這個研究結果解釋了玉米近交衰退的原因，但其他動植物或許也有類似的機制，只是需要我們去發現。 參考文獻： An epigenetic basis of inbreeding depression in maize BY TONGWEN HAN, FANG WANG, QINGXIN SONG, WENXUE YE, TIESHAN LIU, LIMING WANG, Z. JEFFREY CHEN SCIENCE ADVANCES27 AUG 2021 : EABG5442

  在培養基上生長的水蕨。圖片來源： 維基百科 陸生植物為了要獲取二氧化碳來進行光合作用，大約在四億五千萬年前就演化出了氣孔（stomata）的構造。不過，較為原始的陸生植物如地錢，它的氣孔無法關閉，造成它們只能生長在潮濕的地方。 而高等植物如開花植物，其氣孔可在植物感知到體內水勢（water potential，可以理解為細胞內水的濃度）下降時，便啟動離層酸（ABA，abscisic acid）的分泌與合成，使氣孔在植物缺水初期便開始逐漸關閉（稱為主動關閉）；當植物極度缺水時，也會因為滲透壓的改變造成保衛細胞（guard cell）失去膨壓而關閉氣孔（稱為被動關閉）。主動關閉氣孔的機制是否可在蕨類找到，到目前還是不很清楚。 最近以水蕨（ Ceratopteris richardii ）為模式的研究發現，當研究團隊把水蕨先以離層酸處理、或是先給予乾燥環境的刺激時，水蕨的氣孔會關閉；以核糖核酸定序（RNA-seq）來深入探討發現，乾燥環境或是離層酸刺激，會讓水蕨的基因表現改變，其中有些被誘導出來的基因，其序列與阿拉伯芥的氣孔主動關閉會表達的基因類似。也就是說，蕨類在特定的狀況下會進行氣孔的主動關閉，而其機制可能是類似於高等植物使用的機制。 參考文獻： Andrew R.G. Plackett, David M. Emms, Steven Kelly, Alistair M. Hetherington, Jane A. Langdale. Conditional Stomatal Closure in a Fern Shares Molecular Features with Flowering Plant Active Stomatal Responses. Current Biology, 2021 DOI: 10.1101/2021.03.06.434194