老葉的植物王國

  種子植物的胚珠。圖片來源： 維基百科 種子植物的卵（egg）位於胚珠（ovule）中。胚珠是一個由八個核構成的細胞，包括一個卵與兩個助細胞（synergid）、在胚珠的另一頭有三個反足細胞（antipodal）、位於胚珠的中心則有兩個極核（polar nuclei）。受精時兩個精核其中之一與卵結合形成合子（zygote），另一個與兩個極核結合形成胚乳（endosperm），這就是所謂的「雙重受精」（double fertilization）。在雙重受精的過程中，助細胞的功能被認為是引導花粉管走向卵細胞。 在形成胚珠時，大配子體（megagametophyte）的細胞核進行三次分裂，產生八個細胞核，其中只會有一個成為卵。到底是哪一個細胞核會成為卵呢？尤其是所謂的「卵體」（egg apparatus，包括卵以及兩個助細胞），究竟是怎麼決定誰成為卵、誰成為助細胞呢？ 最近的研究發現，誰能成為卵細胞，很可能純粹是由 位置 來決定。研究團隊發現，當他們把這三個核的位置移動、或是擾亂細胞骨架的形成，造成這三個核無法正常移動後發現，誰在中間，誰就成為卵。 另外，研究團隊也發現，卵細胞（或者該稱為卵核？）的生長素（auxin）濃度比助細胞要高；抑制生長素的運輸，造成卵細胞中生長素濃度的改變，也影響了卵核的形成。 這些結果告訴我們更多關於雌配子體形成的資訊。 參考文獻： Plant egg cell fate determination depends on its exact position in female gametophyte Yang Sun, Xiu Wang, Lin Pan, Fei Xie, Bo Dai, Mengxiang Sun, Xiongbo Peng Proceedings of the National Academy of Sciences Feb 2021, 118 (8) e2017488118; DOI: 10.1073/pnas.2017488118

  圖片來源：維基百科 雖然在植物的必需元素（essential elements）中並沒有矽（silicon），但矽被發現對禾本科植物非常重要。可能也是因為矽並不是對每一種植物都很重要，所以過去對矽的研究並不多。 但是重要的糧食作物中的水稻、小麥、玉米都屬於禾本科，若再將小米、高粱與甘蔗納入，我想大家都不可能否認禾本科構成了我們重要的糧食與能量來源。因此，瞭解禾本科植物對矽的反應其實是非常重要的。 最近發表在Scientific Reports上的一篇研究，就是針對小麥對矽的反應進行的。研究團隊分析被矽處理過的小麥，來瞭解到底什麼樣的基因對矽處理有反應。 研究團隊發現：經過矽處理的小麥，有3,057個基因（2.86%）改變了基因的表現量（上升或下降）。在這三千多個基因中，有191個（佔6.25%）是轉錄因子（transcription factor）；而這191個轉錄因子中，又有28個（14.67%）是屬於MYB這個家族。 分析這些基因發現，其中因為矽處理而上升的基因中，有許多與次級代謝物合成的調節或蛋白質的折疊有關。 這個研究開啟了小麥對矽反應的研究。未來可將這部分的研究拓展到其他禾本科糧食作物上，看看其他禾本科糧食作物中是否也有相類似的MYB轉錄因子，這些轉錄因子是否對矽處理也有類似的反應。 參考文獻： Hao, L., Shi, S., Guo, H. et al. Transcriptome analysis reveals differentially expressed MYB transcription factors associated with silicon response in wheat. Sci Rep 11, 4330 (2021). https://doi.org/10.1038/s41598-021-83912-8

  圖片來源： Curr. Opin. Plant Biol . 身為光合自營生物，植物一定要能夠密切地監控環境中的光是否適合生存。這包括了光的品質（是否含有它需要的波長）、光的亮度與光照射的方向。因此，植物具有許多不同的光受器（photoreceptor）：負責偵測紅光/紅外光的光敏素（phytochrome）、負責感應長波紫外光/藍光的隱花色素（cryptochrome）、負責感應短波紫外光的UVR8以及負責感應長波紫外光/藍光並偵測光照射方向的向光素（phototropin）。 與光敏素及隱花色素相同，向光素具有蛋白質激酶（protein kinase）活性（見上圖的kinase domain）。另外很特別的是，所有的向光素都有兩個LOV 結構域（LOV domain）：過去的研究發現，所有具有這個結構域的蛋白質，幾乎都與光（light）、氧氣（oxygen）與電壓（voltage）相關。在向光素中，這兩個LOV結構域與不同的發色團（chromophore）結合，並被認為與感光有關。 最近的研究發現，番茄的向光素1序列發生特定突變時，會使得番茄合成特別多的茄紅素（lycopene，類胡蘿蔔素的一種）。這個突變的位置（第495個胺基酸）很靠近向光素1的第二個LOV結構域。當這個胺基酸由原來的精胺酸（arginine）變為組胺酸（histidine）後，向光素1雖然仍然有合成，但是它會干擾正常的向光素1的活化（在遺傳學上稱為「顯性負性」dominant negative）。這個顯性負性的向光素1會使植物合成更多的茄紅素。研究團隊發現，如果以基因編輯的方法讓向光素1失去功能，這樣的突變株番茄茄紅素合成是下降的，這也就解釋了過去為何一直不知道向光素與類胡蘿蔔素的合成有關。 參考文獻： Kilambi, H.V., Dindu, A., Sharma, K., Nizampatnam, N.R., Gupta, N., Thazath, N.P., Dhanya, A.J., Tyagi, K., Sharma, S., Kumar, S., Sharma, R. and Sreelakshmi, Y. (2021), The new kid on the block: A dominant‐negative mutation of phototropin1 enhan

  圖片來源： 維基百科 由於聖誕節在歐美各國就等於我們的春節，在國外唸書那些年遇到聖誕節多半都是自己過。不過也曾有幾次被在地的朋友們邀請一同過節，發現他們有個風俗十分有趣。 他們會在家中選一個最多人出入的門楣，在上面掛上槲寄生（mistletoe）；如果剛好是一男一女一起走過，就一定要親一下（據說女性如果拒絕會有惡運…不知道是誰的惡運囉？）。另一種說法：聖誕節時掛槲寄生在門楣上，會讓經過的人有好運氣。 一般提到槲寄生通常就是指原產於英國與歐洲的歐洲槲寄生（European Mistletoe， Viscum album ），它是檀香科（Santalaceae）雙子葉半寄生植物。說它們是半寄生，主要是因為它們還有葉綠體，可以進行一些光合作用；但有一些研究發現，它們從宿主取得的碳，佔自身所需比例的八成。也因此，有些宿主在被它寄生後會出現生長遲緩的現象，嚴重時甚至會死亡。 如果槲寄生總是可以從宿主得到這麼多養分，為什麼它還要自己進行光合作用與全部的細胞呼吸作用呢？ 過去曾有在寄生生物上發現它們只有不完整的電子傳遞鏈、或甚至完全不具有電子傳遞鏈的例子：如微孢子蟲（Microsporidia）就不具有電子傳遞鏈、雙鞭毛蟲（dinoflagellates）只有不完整的電子傳遞鏈、我們很熟悉的酵母菌也沒有電子傳遞鏈的蛋白質複合體I（complex I，NADH dehydrogenase，NADH 去氫酶）等。不過，這些都是單細胞生物。如槲寄生這類的半寄生高等植物，是否也會因為生活形態而不再具有完整的細胞呼吸作用途徑呢？ 最近的研究發現：槲寄生的確只具有不完整的細胞呼吸作用途徑。或者更進一步來說，槲寄生的電子傳遞鏈是不完整的。由於其它部分的細胞呼吸作用（醣解作用與檸檬酸循環）除了產生能量之外，對生物的基礎代謝也很重要，因此生物很難不具有它們；但是電子傳遞鏈只有產生能量的功能，只要能想辦法把醣解作用與檸檬酸循環等氧化反應所產生的電子（主要是NADH）給消耗掉，不讓細胞因為NAD + 濃度太低影響到氧化還原反應的進行，就OK啦！ 這個發現是同時由漢諾威大學（University of Hannover）與約翰英納斯中心（John Innes Centre）的兩個研究團隊完成的。說來有趣，這兩個研究團隊的主持人：布勞恩（Hans-Peter Braun）與梅爾（Etien

圖片來源： 維基百科  鋅（zinc，Zn 2+ ）是植物的必需元素之一，為微量元素（micronutrient）的一種。植物缺鋅會導致節間（internode）變短、葉片變小，症狀先出現於老葉片。 鋅也是動物的必需元素之一。根據資料，每年有二十億人口受到缺鋅的影響。這些人，許多是因為居住在土壤缺鋅的地區，且飲食又以植物為主造成的。 因為鋅也是植物的必需元素，所以植物當然有一套偵測、吸收與同化鋅的系統；但過去對這套系統知之甚少。 最近的研究發現阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）的兩個轉錄因子（F-group bZIP transcription factor）bZIP19與bZIP23是鋅的感應蛋白。這兩個蛋白質都有個鋅感應基序（zinc-sensor motif）。當研究團隊把這個鋅感應基序給刪除或改變後，植物會因為無法感應鋅而出現缺鋅的症狀，但植物細胞內的鋅離子濃度卻上升。 未來希望可以藉由更深入瞭解植物的鋅感應、吸收與同化，讓植物可以更好的吸收鋅，也可以改善人的營養狀況。 參考文獻： Lilay, G.H., Persson, D.P., Castro, P.H. et al. Arabidopsis bZIP19 and bZIP23 act as zinc sensors to control plant zinc status. Nat. Plants 7, 137–143 (2021). https://doi.org/10.1038/s41477-021-00856-7

  細菌的RNase P。黃色部分是RNA。圖片來源： 維基百科 要提升作物產量，除了增加作物的產出，減少農損也是必要的。在眾多造成農損的因素裡，病毒感染也是其中之一。根據資料，病毒感染在美國一年造成數百億美金的損失；如果能找到一種機制，可以無差別地針對病毒進行攻擊，應該對於提升作物的產量有很大的幫助。 感染植物的病毒有超過八成為RNA病毒。這些RNA病毒在其基因體的尾端（3'端）有一個類似轉移RNA的結構（tRNA-like structure，TLS）。這個TLS對於病毒的感染能力以及複製能力都很重要。如果能把這個結構給切掉，就能抑制病毒的複製與感染能力了。 自然界有沒有能切這個結構的酵素呢？有的，就是植物的核糖核酸酶P（RNase P）。植物的RNase P原來是在轉移RNA成熟時所必須的酵素，它負責把前轉移RNA（pre-tRNA）的頭端的領導序列（5' leader sequence）給切除。雖然大多數的RNase P還要跟一個RNA結合（如上圖），但有一種RNase P是不含RNA的。這種只由蛋白質構成的RNase P被稱為PRORP。PRORP負責將一些粒線體信息RNA（mRNA）在頭端或尾端的TLS給切掉，讓信息RNA成熟。 於是研究團隊就想到，如果能讓這種PRORP出現在細胞質裡面（目前它們只出現在粒線體），它們是不是就可以去切除RNA病毒的TLS，讓這些RNA病毒無法複製？於是研究團隊就編輯了阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）的PRORP，讓這個蛋白質出現在細胞質裡面。 阿拉伯芥總共有三個PRORP，研究團隊挑選其中的一個，PRORP2，將它的核定位信號（NLS，nuclear localization signal）剔除。剔除後的PRORP2可表現於細胞質中，且可以切除蘿蔔黃色花葉病毒（TYMV，turnip yellow mosaic virus）的TLS。 過去PRORP都是表現在細胞核、葉綠體與粒線體，改變它的位置，是否會造成不良反應呢？研究團隊將這個編輯過的PRORP2放入植物後，並沒有對植物產生什麼有害的作用。以病毒去感染這些植物發現，病毒RNA的量有減少，但症狀似乎沒有太大差別。 雖然結果好像不是那麼盡如人意，但是阿拉伯芥還有另一個PRORP可以試試看。或許將來還能夠找到更好的方法來抑制病毒感染

  圖片來源： 維基百科 麵包（bread）是西方社會最重要的食物之一。美索不達米亞人認為，吃麵包喝啤酒的人就是文明人；古埃及人用麵包或啤酒當作薪水，打招呼的時候說「麵包加啤酒」。有這麼一說：有了麵包，就有了文明。只是，做麵包、即使是無酵餅（flat bread），還是需要繁複的加工步驟：磨粉、揉麵、烘烤。當然，製作麵包與從事農業比起來，可能還是比較容易些；所以，究竟我們是先懂得做麵包才開始種田，還是先學會種田才開始學著做麵包的？ 在約旦東北部的Shubayqa 1 遺址的發現，將麵包的製作往前推到農耕發生之前。這個遺址早在1990年代便已經發現，2012年重啟考古挖掘。Shubayqa 1與以色列北部的el-Wad洞穴並稱為最老的納圖夫文化（Natufian）遺址。納圖夫文化為狩獵-採集文化，但他們並不是到處遊蕩的，而是到一地之後，會定居一段時間，等當地可採集的食物不敷所需後再進行遷移。據信世界最老的城市傑里科（Jericho）也是他們建立的。 Shubayqa 1 遺址包含了兩個建築物，其中年代較久的一個是一個半地下的結構，包含了一個以玄武岩建造的壁爐；在這些居民離開後，這個建物逐漸被大約半公尺左右的泥沙掩蓋。直到新的居民到來，又在原來壁爐的位置之上以石頭蓋了一個壁爐。以碳十四年代定年測定，大約是一萬四千年到一萬兩千前左右。 研究團隊在這兩個建築物壁爐周圍發現超過六萬五千個非木本植物碎片，至少可以歸類到95個分類群中。其中數量最多的當屬塊莖藨草屬的海三棱藨草（ Bolboschoenus glaucus ），除此之外還有十字花科（Cruciferae）的植物、豆科胡盧巴屬（Trigonella）與黃芪屬（Astragalus）、以及野生的一粒麥（ Triticum urartu ）、大麥（ Hordeum spontaneum ）與燕麥（ Avena sp .）等。 除了六萬五千個非木本植物碎片以外，還有642個燒焦的食物碎屑，其中有24個（22個來自年代較久的壁爐、2個來自年代較新的壁爐，平均大小為4.4 mm寬x 2.5 mm高x 5.7 mm長）經過研究團隊小心的以光學顯微鏡與掃瞄式電子顯微鏡檢視碎屑中的孔隙後，認為可能是麵包。 怎麼用光學顯微鏡與掃瞄式電子顯微鏡看出是不是麵包呢？先前的研究發現，在麵包製作過程中，孔隙的大小與型態會發生變化。一開始

  異白胺酸-茉莉酸。圖片來源： Cayman chemical 過去的研究知道，當昆蟲啃咬植物時，會造成激發子（elicitator）的合成，造成茉莉酸途徑活化，於是茉莉酸便合成了。茉莉酸的合成，會啟動細胞中一系列的防禦反應，讓植物得以抵禦外侮。但是，從激發子合成到茉莉酸途徑活化之間，還有許多未知的事件發生。 最近的研究成果發現，在激發子合成之後、到茉莉酸途徑活化之前，細胞會先經歷滲透壓的改變。這個滲透壓的改變，引發了茉莉酸的合成。 研究團隊找到了一個突變株 KORRIGAN1 ( KOR1 )，這個突變會造成植物的根部中的異白胺酸-茉莉酸（JA-Ile，為茉莉酸的活化態）量的上升。研究這個突變發現，原來它會造成細胞的膨壓（turgor pressure，即當細胞因吸水而膨脹，導致細胞對細胞壁產生作用力所導致的壓力）上升，接著JA-Ile的合成就上升了。 當研究團隊把有活性的 Kor1 重新送回植物、或是導入另一個可以抑制它的基因突變、或是以高張溶液降低細胞的膨壓，JA-Ile的量就回復到正常的水平。 雖然從激發子合成之後、到茉莉酸途徑活化之間，可能還有許多未知的過程，但這個發現讓我們多瞭解了一點點植物的防禦機制是怎麼啟動的。 參考文獻： Jasmonate biosynthesis arising from altered cell walls is prompted by turgor-driven mechanical compression BY STEFAN MIELKE, MARLENE ZIMMER, MUKESH KUMAR MEENA, RENÉ DREOS, HAGEN STELLMACH, BETTINA HAUSE, CĂTĂLIN VOINICIUC, DEBORA GASPERINI SCIENCE ADVANCES10 FEB 2021 : EABF0356

  UVR8受器結構。圖片來源： 維基百科 因為植物是「光合自營生物」，所以能夠偵測光對植物是很重要的能力。這麼重要的能力，當然不能只交給一個蛋白質來負責。另外，因為光的波長從紫外光到紅外光，涵蓋的範圍甚廣，所以要用一個蛋白質來偵測所有的波長也有難度。 以阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）為例，過去已知就有負責偵測藍光與長波紫外光（UV-A）的隱花色素（cryptochrome）與向光素（phototropin）、紅光與紅外光的光敏素（phytochrome）。至於負責感應短波紫外光（UV-B）的光受器，由於不易與植物被短波紫外光照射後的受傷反應作區別，因此直到21世紀初（2002年）才從阿拉伯芥中分離出來一個對短波紫外光過度敏感的突變株UVR8，並發現它是一個光受器。 近年來的研究發現，UVR8在不活化狀態時為雙體（dimer），吸收短波UV後會變為單體（monomer），接著便會與COP1這個E3泛素連接酶（E3 ubiquitin ligase）進行互動，造成基因表現的改變，產生對短波紫外光的反應。活化的UVR8接著會在RUP2蛋白的協助下，緩慢地回到雙體的狀態而失去活性。 最近的研究，發現了一個UVR8的突變，可使這個蛋白質維持在活化態。突變的位置位於第101個胺基酸，原來是甘胺酸（glycine），當它突變為絲胺酸（serine）後，突變的UVR8在細胞中主要的型態為單體，在接收短波紫外光後也不易回復為雙體。 研究團隊發現，當他們在植物中過量表達突變種的UVR8時，植物會呈現一直看到光的狀態。當研究團隊把先前發現的另一個突變（第285個胺基酸由色胺酸[tryptophan]變為丙胺酸[alanine]）一起加入後，這個雙突變UVR8會使植物呈現強烈的一直看到光的表現型。 這個研究，讓我們更進一步瞭解UVR8這個光受器如何運作。 參考文獻： A constitutively monomeric UVR8 photoreceptor confers enhanced UV-B photomorphogenesis Roman Podolec, Kelvin Lau, Timothée B. Wagnon, Michael Hothorn, Roman Ulm Proceedings of the National Academy of S

  圖片來源：維基百科 許多有咖啡癮的準媽媽們，應該都覺得在懷孕時戒咖啡很難過吧！筆者曾有忘記喝咖啡的經驗，整天昏昏欲睡的感覺真的很難過。但是懷孕期間喝咖啡對小寶寶安全嗎？ 最近的研究發現，懷孕期間喝咖啡會導致胎兒的大腦出現改變，這個改變在出生後還是能觀察到。研究團隊掃描了九千名九到十歲孩童的大腦，發現在懷孕期間有喝咖啡的媽媽，她們的孩子大腦白質出現一些可偵測到的變化，顯示了神經元之間的連結出現了改變。 而這些孩子與懷孕期間未喝咖啡的媽媽的孩子們相比，有專注力不足與過動的現象。過去的研究就發現，胎兒缺少了分解咖啡因的酵素，所以咖啡因對他們的影響會比對成人來得更大。 當然，研究團隊說，他們是請媽媽們回憶懷孕時是否有喝咖啡、喝得多不多，回憶可能不是很準確。也因為是回憶，所以無法從這些數據去詳細分析究竟喝得久又喝得多是不是影響更大，以及在懷孕的哪個時期喝咖啡對胎兒的影響會更顯著等等。不過，還是可以當作參考。 筆者覺得，媽媽們不只是懷孕時應該戒咖啡，在哺乳時也應該要戒咖啡。畢竟能透過乳汁傳送的分子可能也包括了咖啡因。 參考文獻： Zachary P. Christensen, Edward G. Freedman, John J. Foxe. Caffeine exposure in utero is associated with structural brain alterations and deleterious neurocognitive outcomes in 9–10 year old children. Neuropharmacology, 2021; 186: 108479 DOI: 10.1016/j.neuropharm.2021.108479

  圖片來源： Cell 我們吃的稻米是二倍體（diploid）。二倍體在育種上的好處是基因體不複雜容易操作，但壞處是產量不如多倍體，對環境的應變力也不夠高。 但是，有些野生稻是多倍體。這些多倍體水稻當然對環境的應變力較高，產量也較大，但因為他們是多倍體，所以基因體相對複雜，也不容易馴化。 最近，大陸的中國科學院的研究團隊，先把幾種野生的多倍體水稻定序後，選擇了其中比較適合的一種：高稈野生稻（ Oryza alta ），接著以CRISPR基因編輯，將這多倍體水稻編輯成具備不落粒等馴化水稻的特性。如此一來，便迅速完成了高稈野生稻的馴化了。 這讓我想到，如菰米這種古書上描述為珍饈佳餚的野米，因為植物本身始終沒有馴化而式微，是否也可以藉著CRISPR的技術讓它不落粒，接著我們就可以很容易地一嚐古味呢？ 參考文獻： Hong Yu, Tao Lin, Xiangbing Meng, Huilong Du, Jingkun Zhang, Guifu Liu, Mingjiang Chen, Yanhui Jing, Liquan Kou, Xiuxiu Li, Qiang Gao, Yan Liang, Xiangdong Liu, Zhilan Fan, Yuntao Liang, Zhukuan Cheng, Mingsheng Chen, Zhixi Tian, Yonghong Wang, Chengcai Chu, Jianru Zuo, Jianmin Wan, Qian Qian, Bin Han, Andrea Zuccolo, Rod A. Wing, Caixia Gao, Chengzhi Liang, Jiayang Li, A route to de novo domestication of wild allotetraploid rice, Cell, 2021, , ISSN 0092-8674, https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.01.013.

  褐飛蝨。圖片來源： 維基百科 褐飛蝨( Nilaparvata lugens Stal)為台灣水稻之主要害蟲，尤其在第二期稻作為害最為嚴重。根據維基百科的資料，褐飛蝨也是全世界水稻的主要害蟲之一。它會將口器穿刺進入植物的細胞，吸取細胞質為食，屬於所謂的「細胞害蟲」（cell-content feeders）。 過去的研究發現，植物的防禦系統可粗分為茉莉酸（JA，jasmonic acid）與水楊酸（SA，salicylic acid）途徑。茉莉酸途徑主要針對壞死性病菌（necrotrophic）與咀嚼性昆蟲，水楊酸途徑則主要針對生物營養性病菌（biotrophic pathogen）與吸食韌皮部汁液的昆蟲。對於褐飛蝨這類的細胞害蟲，究竟會引發茉莉酸途徑或是水楊酸途徑，尚屬未知。 為了想瞭解究竟褐飛蝨可以引發植物什麼樣的防禦反應，研究團隊分析了轉錄體（transcriptome）、植物賀爾蒙等，發現當植物被褐飛蝨攻擊時，它們表現量增加的基因與茉莉酸途徑所引發的基因是一樣的。當褐飛蝨感染不會產生茉莉酸、不產生水楊酸、野生種的植物時，在不產生茉莉酸的植物上感染的情況明顯地嚴重多了，產生的次級代謝物也較少。 所以，植物在被褐飛蝨感染後所產生的防禦反應，應該是走茉莉酸途徑。 參考文獻： Jie Xu et. al., 2021. Molecular dissection of rice phytohormone signaling involved in resistance to a piercing‐sucking herbivore. New Phytologist. https://doi.org/10.1111/nph.17251

  圖片來源： 維基百科 大家對浮萍都不陌生，但浮萍科中的一屬：微萍屬（ Wolffia ）可能就不那麼引人注目了，畢竟它們非常小，大約只有大頭針的針頭那麼大。微萍屬共有10種，是目前公認最小的維管束植物。遠遠看到長滿微萍的池塘，有的人可能會以為是綠藻呢。 微萍不只是小，它們還長得很快。大約只要一天，就可以完成複製，產生另一朵微萍！這麼強的繁殖力，加上體型嬌小容易被夾帶，使得除了南極洲以外，到處都可以看到它們的芳蹤。 因為對微萍屬的植物的繁殖速度感到好奇，最近沙克研究所的研究團隊分析了微萍屬其中一種（ Wolffia australiana ）的序列。除了分析序列，他們還把微萍以晝夜循環的方式培養，分析基因體中到底有多少基因是受到晝夜循環調節的。 研究團隊很訝異地發現，跟其他植物相比，微萍只有一半的基因受到晝夜循環調節。另外，微萍也缺少了與根相關的基因（微萍沒有根），也沒有防禦相關的基因。沒有防禦基因聽起來雖然很不可思議，但對於能在一天內生長一倍的植物來說，或許只要能在數量上取勝，遇到病蟲害的時候犧牲一兩群個體其實也是可以接受的。拋棄了這麼多基因，加上讓許多基因不再受到晝夜節律的調節，或許就是為何微萍可以繁殖得如此快速的原因吧！ 研究團隊研究微萍，除了想知道植物是怎樣生長發育--長這麼快的維管束植物是很合適的材料--另外也希望能開發一種新的食物。雖然近年來也有嘗試開發「吃蟲」做為另一種食物來源，但也不是人人都可以/願意吃蟲的。事實上，在東南亞已經有人吃它了。 參考文獻： Todd P. Michael, Evan Ernst, Nolan Hartwick, Philomena Chu, Douglas Bryant, Sarah Gilbert, Stefan Ortleb, Erin L. Baggs, K. Sowjanya Sree, Klaus J. Appenroth, Joerg Fuchs, Florian Jupe, Justin P. Sandoval, Ksenia V. Krasileva, Ljudmylla Borisjuk, Todd C. Mockler, Joseph R. Ecker, Robert A. Martienssen, Eric Lam. Genome and time-of-day transcriptome of

  圖片來源： 維基百科 質膜H + -ATPase（Plasma membrane H + -ATPase）位於植物的細胞膜上，其功能為維持植物細胞膜的膜電位差（membrane potential），擔任與動物以鈉-鉀幫浦（K + -Na + pump ）維持細胞膜的膜電位差的功能相同。維護細胞膜的膜電位差，對於細胞的功能非常重要：有了適當的膜電位差，細胞內外的主動運輸功能才能夠維持，細胞也才能吸收/排出特定的分子。因此質膜H  +  -ATPase在所有的生物中都是必須基因。 最近的研究發現，高量表現水稻的 OSA1 （水稻的質膜H  +  -ATPase）基因，不但可促進根部對銨（ammonium，NH 4 + ）的吸收與同化，還能夠讓葉片的氣孔在照到光後更容易開啟，提升光合作用效率。分析的結果發現，高量表現 OSA1 的水稻，其產量上升了33%，而對氮的利用率提升了46%。 由於質膜H  +  -ATPase是必須基因，因此在不同植物間它們的變動也極小。發現高量表現它可以提升作物產量，或許也意味著未來可以藉由在不同作物內高量表現這個基因，來提升作物的產量。 參考文獻： Zhang, M., Wang, Y., Chen, X. et al. Plasma membrane H+-ATPase overexpression increases rice yield via simultaneous enhancement of nutrient uptake and photosynthesis. Nat Commun 12, 735 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-20964-4

  圖片來源： 維基百科 美國農業部列出八種導致九成過敏事件的食物：牛奶、雞蛋、落花生、樹堅果（tree nuts，包括杏仁果、巴西堅果、腰果、栗子、美國山核桃、開心果、胡桃）、魚、貝殼類、小麥與大豆。其中落花生與小麥，因為文化的因素，有時很難避免。 大約0.6%的美國人對落花生有嚴重的過敏反應，嚴重者可引起休克甚至死亡；而對小麥過敏者（稱為乳糜瀉Coeliac disease）大約在1%-0.6%之間。雖然乳糜瀉的反應不如花生過敏那樣強烈（估計有八成的患者不知道自己對小麥過敏），但小麥更是無所不在的食物。或許可以想辦法降低這兩種食物的致敏性，讓對它們過敏的人也可以食用它們，或者就算吃到，也不會引起太嚴重的過敏反應。 乳糜瀉主要是因為一群稱為麩質（gluten）的蛋白質所造成。麩質就是麵粉之所以會有「筋性」的來源，但麻煩的是，負責產生這一群蛋白的基因散佈在小麥的基因體之中。而落花生的致敏蛋白共有16個，也是散佈在落花生的基因體裡面。 要怎麼把它們去掉呢？雖然可以先找出最容易引起過敏的幾個蛋白質的基因來下手，但因為它們散佈在基因的各處，所以要把這幾個基因一一剔除也不是一件容易的事。目前研究團隊打算用幾個不同的方法同時進行，包括從種源庫（或甚至從一些野生的品系）中找出致敏性較低的小麥與落花生，再把這些低敏品系與目前最廣被使用的品系進行雜交，從後代選拔出低敏品系；或是以基因編輯（CRISPR）破壞那些致敏基因，直接讓現在最廣為使用的品系去敏化。當然，也可以找出控制這些基因表現的上游基因，直接把上游基因給破壞掉，這樣就不需要改變太多基因了。 筆者其實有個疑問：若將小麥的麩質基因去掉，小麥是否就沒有了「筋性」？這樣一來，要用這種品系的小麥製作麵包，是否就會變得很困難？ 參考文獻： American Society of Agronomy. " Making wheat and peanuts less allergenic ." ScienceDaily. ScienceDaily, 27 January 2021.

  圖片來源：維基百科 氣候變遷有一部分的原因是因為森林被開發，所以造林也是很重要的一件事。但是研究也發現，造林也不能亂造，胡亂造林對環境也是會造成傷害的。最近發表在Global Change Biology期刊上的文章，提出了造林的十大金律： 1. 護林第一。已經存在的森林吸收碳的能力較好，對火災、乾旱與暴風雨的抵抗力也較佳。 2. 讓當地居民負起造林的責任。地方如果沒有共識且負起主要責任，造林也不會持久。 3. 兼顧生物多樣性。不是通通都種一種樹就OK了，造林應該要能夠讓當地生態逐漸恢復，所以一定要兼顧生物多樣性。 4. 挑選合適的地方造林。選擇過去曾經是森林的區域來造林，不要選擇過去從來不曾是森林（如：草原、濕地）的地方。 5. 讓大自然自己恢復。如果選擇的地方已經有樹，讓它自己慢慢長回去；不要砍掉種新的。 6. 選擇合適的樹種。種下當地曾經有的在地樹種，不要挑選一些可能會成為入侵種的樹；不要滿腦子只是想著要造景而去種一些當地沒有的樹。 7. 要選擇能抵抗氣候變遷的樹種。通常在地樹種應該是最好的。 8. 要有計畫。先想好要種什麼、要怎麼收集種子、要怎麼跟在地社區互動。 9. 邊做邊學。計畫可能趕不上變化，森林會教導你要怎麼做，所以不要一成不變。 10. 讓當地的人感受到回饋。造林如果對當地沒有任何益處，一定無法持久。 參考文獻： Helen Briggs. BBC. Scientists address myths over large-scale tree planting