老葉的植物王國

  小立碗蘚。圖片來源： 維基百科 如果上網去查"piezo sensor"，會查到「壓電感測器」或「壓電式震動感測器」。但是在動物界，"piezo sensor"是位於細胞膜（plasma membrane）上的陽離子（cation）通道，負責感應機械壓力。 動物的piezo sensor位於細胞膜上，植物是否也有piezo sensor呢？最近的研究發現，植物的確有piezo sensor，但是並不位於細胞膜上，而是位於液泡膜（vaculoar membrane, tonoplast）上。研究團隊以小立碗蘚（ Physcomitrium patens ）與阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）為研究材料，發現小立碗蘚的piezo sensor（稱為PIEZO）對於植物的正常生長、植株大小以及細胞質鈣離子濃度變化都有重要的影響。液泡的管狀化、內化與分裂都與PIEZO有關。阿拉伯芥的PIEZO則與花粉管尖端的管狀化有關。 為何植物的piezo sensor不是位於細胞膜上呢？可能是因為植物細胞的細胞膜長年處於有膨壓（turgor pressure）的狀況下，所以讓細胞膜去感受外界來的機械壓力可能不會這麼敏感。相對的，液泡會有更多的自由度。這個發現告訴我們，植物也能感知機械壓力，而這個感知是透過液泡膜來啟動的。 參考文獻： Plant PIEZO homologs modulate vacuole morphology during tip growth BY IVAN RADIN, RYAN A. RICHARDSON, JOSHUA H. COOMEY, ETHAN R. WEINER, CARLISLE S. BASCOM, TING LI, MAGDALENA BEZANILLA, ELIZABETH S. HASWELL SCIENCE30 JUL 2021 : 586-590

  圖片來源： 維基百科 咖啡因（caffeine）應該是世界上最廣泛使用的生物鹼了。咖啡、可樂、茶裡面都有咖啡因，很多人早上都需要一杯咖啡或茶，熬夜時更少不了一杯咖啡或一杯茶。而許多號稱有維他命B群的提神飲料，其實主要的提神成分都是咖啡因。 在2016年，有研究團隊 發現 ，在蔗糖水加入與自然界花蜜中一樣濃度的咖啡因，可讓蜜蜂（honeybee）造訪花的頻率提高。但是授粉者不光是蜜蜂，還有其他的昆蟲一樣會採蜜與授粉。 最近的研究發現，咖啡因也能提高歐洲熊蜂（ Bombus terrestris ）對花香的記憶。 研究團隊選取了86隻歐洲熊蜂，將牠們分成三組。第一組在喝加了咖啡因的蔗糖水時，同時也讓牠們聞到草莓花的香味；第二組則是喝蔗糖水同時聞到草莓花的香味；第三組則只讓牠們喝蔗糖水。 接著，他們把這些歐洲熊蜂釋放到人工空間中。這個空間內有兩種人造花，一種有草莓的香味，另一種則有其他的香味。 結果發現：第一組有70.4%的歐洲熊蜂先去找了有草莓香味的花；第二組則有60%的歐洲熊蜂先去找了有草莓香味的花；第三組則只有44.8%先去找了有草莓香味的花。 不過，這個偏好並沒有持續很久。有意思的是，咖啡因除了在短時間內影響蜜蜂對花朵的選擇外，它也會讓蜜蜂採蜜的效率上升。 目前使用人工養殖的蜜蜂來授粉，已經成為趨勢；或許可利用咖啡因來提升蜜蜂與熊蜂們對目標作物的記憶，讓人工養殖的授粉者授粉的效率進一步提升。 參考文獻： Sarah E.J. Arnold, Jan-Hendrik Dudenhöffer, Michelle T. Fountain, Katie L. James, David R. Hall, Dudley I. Farman, Felix L. Wäckers, Philip C. Stevenson. Bumble bees show an induced preference for flowers when primed with caffeinated nectar and a target floral odor. Current Biology, 2021; DOI: 10.1016/j.cub.2021.06.068

  Karrikins。圖片來源：維基百科 karrikins是一群存在於燃燒植物所產生的煙霧中的小分子化合物。過去的研究發現，它們可促進植物種子發芽，這也就是為什麼森林火災後很快會有種子發芽的原因之一。這個系列的化合物有它們自己的受器，在阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）中被命名為 KAI1 與 KAI2 。 獨腳金內酯。圖片來源：維基百科 獨腳金內酯（strigolactones，上圖）由植物的根部在發芽時分泌，用來召喚土壤中的共生真菌（mycorrhiza），以便讓植物一發芽就可以馬上與共生真菌形成緊密的連結。在植物，獨腳金內酯也有它的受器。特別的是，獨腳金（Striga）這種寄生植物也有獨腳金內酯的受器 ShHTL ，讓它可以搶先接受到植物分泌的獨腳金內酯，於是就可以馬上發芽，開始緊貼住植物的根來吸收養分。在非洲，獨腳金的寄生是嚴重的農業問題（請參考「 如何消滅土裡那不受歡迎的客人 」））。 蛋白質序列分析顯示，負責感應karrikins的 KAI2 受器，與獨腳金用來感應獨腳金內酯的 ShHTL 受器，有相似之處。由於這兩種賀爾蒙都屬於小分子賀爾蒙，另外這個 KAI2 受器還能辨認一個跟獨腳金內酯構造有點相似的小分子化合物。這些現象引起了研究團隊的興趣，想看看能不能改造karrikin受器，讓它可以辨認獨腳金內酯。 以人工突變的方式，研究團隊找到了一個 KAI2 受器的突變，它不僅保留了辨認karrikin的能力，還能辨認獨腳金內酯。序列分析顯示，這個突變的受器，只改變了三個胺基酸：153, 157, 190。這三個位置原來的胺基酸序列分別是色胺酸（tryptophan）、苯丙胺酸（phenylalanine）與甘胺酸（glycine）。將這三個胺基酸分別改變為白胺酸（leucine）、蘇胺酸（threonine）與蘇胺酸，所產生的突變版受器可以同時辨認karrikin與獨腳金內酯。 這個研究讓我們知道，只需要改變幾個（三個）胺基酸，就可讓植物的受器對不同的賀爾蒙產生親和力。 參考文獻： Three mutations repurpose a plant karrikin receptor to a strigolactone receptor Amir Arellano-Saab, Michael Bunsick, Hasan Al

  圖片來源： Plant Cell 雙子葉植物的種子發芽時，會形成一個特殊的構造稱為「頂端勾」（apical hook）。頂端勾是為了保護幼苗的生長點（meristem）：子葉下端的胚軸（hypocotyl）彎曲、子葉閉合，以胚軸來衝破土壤（見上圖的WT）。等到接收到適當的光刺激後，頂端勾開展、子葉打開來接收光線。能在適當時間打開頂端勾是很重要的反應，這涉及了胚軸兩端的不對稱生長。 最近的研究發現，頂端勾的開展需要一個與微管（microtubule）相關的基因 WDL4 （ WAVE-DAMPENED2-LIKE4 ）。缺少 WDL4 的阿拉伯芥其頂端勾無法開展，而過量表現WDL4的植物其頂端勾則呈現較大幅度的開展，且子葉似乎也有打開的趨勢。 由於植物的不對稱生長大多與生長素（auxin）有關，研究也發現生長素的確有關。缺少 WDL4 的突變株，其胚軸的內側累積較高量的生長素，顯示了 WDL4 會影響生長素的分布。另外也發現乙烯（ethylene）也對於 WDL4 的功能有影響。 參考文獻： Jia Deng, Xiangfeng Wang, Ziqiang Liu, Tonglin Mao, The microtubule-associated protein WDL4 modulates auxin distribution to promote apical hook opening in Arabidopsis, The Plant Cell, Volume 33, Issue 6, June 2021, Pages 1927–1944, https://doi.org/10.1093/plcell/koab080

  人類SUMO蛋白的結構。圖片來源： 維基百科 植物是「光合自營生物」（photoautotroph），也就是說，它們要靠著進行光合作用來維持自己的生命。但是植物又不會動（至少不能像動物一樣任意遷居），所以對光線的敏感度就非常高。 植物用來感應光的光受器（photoreceptor）可以分為幾大類：負責感應紅光的光敏素（phytochrome）、負責感應藍光的隱花色素（cryptochrome）與向光素（phototropin）與負責感應UVB的光受器。其中以光敏素最為重要。 光敏素的研究始於十九世紀末，到現在，以阿拉伯芥為例，就有五個光敏素：A、B、C、D、E。其中光敏素A與B稱為主要光敏素，C、D、E則是次要光敏素。光敏素B對植物的生長發育更是重要，舉凡植物在一般狀況下所進行的「光型態發生」（photomorphogenesis），無不與光敏素B有關。 多年的研究已經發現，光敏素是個絲胺酸蛋白質激酶（serine protein kinase），在受到光照後其第599個胺基酸（絲胺酸）會磷酸化（phosphorylation），進而開始與其他蛋白質發生互動，啟動一連傳的光訊息傳導路徑。 最近這幾年的研究發現，光敏素除了會被磷酸化，還會被SUMO化（SUMOylation）。所謂的SUMO化就是與SUMO進行連結，而SUMO是「小分子類泛素修飾蛋白」（Small Ubiquitin-like Modifier）的簡稱。被SUMO化的蛋白質會導致它與不同的蛋白質發生互動。 研究發現，紅光或白光照射，會使光敏素B的第996個胺基酸--離胺酸--會被SUMO化。SUMO化的離胺酸996（K996）會轉變為Pfr構形（活化態）並出現在細胞核中。研究發現，當他們把這個離胺酸改變成精胺酸（arginine）時（稱為K996R突變），就不能被SUMO化。帶有K996R突變的光敏素B，其植株胚軸變短，子葉變大；而且與「光敏素互動蛋白」之一的PIF5的親和力提高，造成光敏素B的累積量變少。與PIF5的互動這部分的結果似乎與前面的發現有點矛盾，未來應該還需要更多的研究來釐清。 SUMO化的光敏素B可以被SUMO蛋白酶（SUMO protease）給去SUMO化，在阿拉伯芥中已經發現負責去SUMO化光敏素B的蛋白質是 OTS1 （overly tolerant to salt 1）與

  圖片來源： 維基百科 植物在被害蟲入侵時，會啟動一連串的防禦反應。但是這些防禦反應是否包括像動物被打、被咬時，神經系統會送出電訊號來通知其他部位呢？最近一項巴西的研究發現，雖然植物沒有神經系統，但植物（如本研究使用的小番茄）在果實被如棉鈴實夜蛾（ Helicoverpa armigera ）幼蟲啃咬的時候，的確會送出電訊號來通知同株植物的其他部位。 訊號送出後，其他的果實也會因此而開始合成如過氧化氫等與抵禦害蟲入侵相關的化學物質。 過去也曾有研究發現，含羞草在被碰觸以後會產生類似神經傳導的電訊號；不過針對蟲害入侵能產生電訊號，這應該是新的發現。 參考文獻： Front. Sustain. Food Syst., 20 July 2021 | https://doi.org/10.3389/fsufs.2021.657401

  圖片來源：維基百科 你喝咖啡嗎？含咖啡因的飲料可說是全世界最多人飲用的飲料，大約80%的成人每天都會喝含咖啡因的飲料。並不是喝咖啡才會攝取到咖啡因，能量飲料、可樂也都含有咖啡因；尤其是能量飲料的咖啡因真的不低。 咖啡喝多少算太多？或者說含咖啡因的飲料喝多少算太多？根據 Mayo Clinic的資料 ，一般人一天攝取400毫克的咖啡因（相當於四杯左右的咖啡）都可說是安全的，當然如果是孕婦、兒童、心臟有狀況的人，這個量就僅供參考了。 最近的一個研究發現，在短時間內攝取800毫克的咖啡因，會造成身體分泌鈣質增加77%，提高了罹患骨質疏鬆（osteoporosis）的風險。 當然，800毫克相當於八杯咖啡。雖然一天喝那麼多咖啡的人可能不多，但許多能量飲料裡面所含的咖啡因其實並不低；濃縮能量飲每30毫升（一份）中就有215毫克的咖啡因，所以只要喝3-4份就可達到800毫克了。 許多能量飲料刻意強調維生素B群的部分，但其實真正會讓人提振精神的部分是咖啡因而非維生素B群；所以下次喝能量飲料的時候，最好仔細看一下咖啡因的含量，不要一瓶接一瓶喔。 參考文獻： Stephanie E. Reuter et al. The effect of high-dose, short-term caffeine intake on the renal clearance of calcium, sodium and creatinine in healthy adults. British Journal of Clinical Pharmacology, published online April 14, 2021; doi: 10.1111/bcp.14856

  圖片來源： 維基百科 大麻（ Cannabis sativa ）在近代因其致幻特性而聲名狼籍，但在古代大麻也是重要的纖維作物。大麻是雌雄異株，雄株稱為枲，雌株稱為苴，只有雌株的花才含有足量的致幻物質。根據它的地理分佈和古植物學資料，從西亞到中亞到華北的廣大地區都被認為是該植物的栽培起源地。 過去的研究認為大麻發源於中亞，但仍不是百分之百確定。為了對大麻的發源地做進一步的研究，研究團隊定序了110個品系的大麻。研究結果發現，大麻最早在東亞新石器時代早期（約一萬兩千年前）馴化，一開始只是做為纖維作物，到了大約四千年前，才開始針對其致幻能力進行選育。 但是有些科學家對於致幻選育的部分有些存疑，畢竟考古證據顯示大麻在大約七千五百年前就已經被用於致幻的效用了。 參考文獻： Large-scale whole-genome resequencing unravels the domestication history of Cannabis sativa BY GUANGPENG REN, XU ZHANG, YING LI, KATE RIDOUT, MARTHA L. SERRANO-SERRANO, YONGZHI YANG, AI LIU, GUDASALAMANI RAVIKANTH, MUHAMMAD ALI NAWAZ, ABDUL SAMAD MUMTAZ, NICOLAS SALAMIN, LUCA FUMAGALLI SCIENCE ADVANCES16 JUL 2021 : EABG2286

  圖片來源：維基百科 細胞分裂素（cytokinin）是植物六大賀爾蒙之一，對植物細胞分裂有非常重要的角色。科學家們認為，細胞分裂素與生長素（auxin）是植物的兩種必需賀爾蒙，因為找不到完全無法合成或完全無法感應這兩種賀爾蒙的突變株。 最近的研究發現，將分解細胞分裂素的酵素「細胞分裂素氧化酶」（ CKX ，cytokinin oxidase）在根裡面過量表現，根部的生長會變得旺盛得多。在阿拉伯芥裡，根部過量表現 CKX 的阿拉伯芥，比對照組多長了46%的根，但莖葉的發育未受到影響。 細胞分裂素氧化酶負責分解細胞分裂素，將細胞分裂素分解為腺苷（adenine）與3-methyl-2-butenal。細胞分裂素氧化酶的表現可被高濃度的細胞分裂素給誘導。 在玉米中，根部過量表現 CKX 的基改玉米，其葉片中的鉀、磷、鉬、鋅的濃度有顯著的提升；在果實中的濃度比較沒有那麼顯著，但還是可以看到銅、錳、鋅的濃度有顯著的提升。 這個研究結果告訴我們，讓根系發育得比較好，可以相對提升植物對養分的吸收能力，讓植物的營養價值提高。 參考文獻： Ramireddy, E., Nelissen, H., Leuendorf, J.E. et al. Root engineering in maize by increasing cytokinin degradation causes enhanced root growth and leaf mineral enrichment. Plant Mol Biol (2021). https://doi.org/10.1007/s11103-021-01173-5

  圖片來源： 維基百科 光合作用（photosynthesis）是植物專屬的反應嗎？過去的一些發現，對這個問題的答案只能說「應該是」。 為什麼會這樣說，那是因為，雖然有些動物可以靠光合作用獲取養分，但牠們都是藉助植物的幫助。 如斑點鈍口螈（ Ambystoma maculatum ）的胚胎會藉由與 Oophila amblystomatis 這種單細胞藻類共生，從植物獲取養分。另外，綠葉海天牛（ Elysia chlorotica ）可以把吃進去的綠藻的葉綠體保存在自己的細胞內九個月，讓這些葉綠體幫牠們合成養分。 能讓這些葉綠體存活九個月，這是很了不起的成就。因為光合作用所需的許多酵素必須時時更新，而葉綠體內部的蛋白質有90%來自細胞核。 這是否代表了，綠葉海天牛的細胞核中，有葉綠體的基因呢？2014年的研究發現，綠藻的 prk 基因（phosphoribulokinase，負責卡爾文循環的最後一個反應）果然存在於綠葉海天牛的幼體與成體中。 但是光是一個基因，並不足以補充所有葉綠體在這九個月裡面需要補充的基因；這也讓到底這些能「偷」植物的葉綠體（稱為kleptoplasty，klept(o)-：偷；-plasty：原始的生命單位[plast]，名詞後面加y）的生物，顯得更加神秘。 最近有研究團隊對這個現象實在是好奇得不得了，所以他們決定要把多葉鰓海麒麟（ Plakobranchus ocellatus ，一種海天牛）的全基因定序，希望能夠瞭解，究竟這些神秘的軟體動物是怎麼保持葉綠體活在牠們的體內的。 結果更讓人不解！多葉鰓海麒麟的基因體內，沒有任何葉綠體相關的基因！但是牠們的確可以讓葉綠體存活在體內，且這些葉綠體也都有發揮功能。 所以到底是怎麼回是呢？這就需要更多的研究了～ 參考文獻： Taro Maeda, Shunichi Takahashi, Takao Yoshida, Shigeru Shimamura, Yoshihiro Takaki, Yukiko Nagai, Atsushi Toyoda, Yutaka Suzuki, Asuka Arimoto, Hisaki Ishii, Nori Satoh, Tomoaki Nishiyama, Mitsuyasu Hasebe, Tadashi Maruyama, Jun Minagawa, Juni

  圖片來源： 維基百科 吃過羅馬青花菜（Romanesco cauliflower）嗎？根據維基百科，其實它的英文應該是Romanesco broccoli，所以好像不能稱為cauliflower（花椰菜）。它們都發源於地中海區域，先出現的是青花菜，在羅馬帝國時期已有；花椰菜則是再過數百年才出現，可能是青花菜的白化種。不過，花椰菜是在花苞與花梗尚未分化之前就要採收，而青花菜則是等花蕾出現後才採收。下次到菜市場採購時，不妨仔細看看喔。 羅馬青花菜則是近年來才出現在台灣的新品系。不過，根據 維基百科 ，羅馬青花菜可是從16世紀就有了。羅馬青花菜的形狀，是所謂的「碎形」（fractal）--「一個粗糙或零碎的幾何形狀，可以分成數個部分，且每一部分都（至少近似地）是整體縮小後的形狀」（維基百科），但是這個奇妙的形狀到底是怎麼形成的？ 最近發表在「科學」（Science）雜誌上的研究發現，原來羅馬青花菜的碎形，是一連串奇妙的基因表現的結果。 來自法國的研究團隊發現，羅馬青花菜的花在發育一小段時間後，就停止發育轉變為葉芽；但接著這個葉芽又發育為花。然後花又停止發育轉變為葉芽，就這樣不斷地花-->葉芽-->花-->葉芽不斷地重複，造成它們產生我們可看到的結果：碎形。 但是，到底這個連鎖反應是怎麼發生的，研究團隊目前還沒有答案。 不管怎麼講，羅馬青花菜真的看起來很酷；只是不知道吃起來好吃嗎？ 參考文獻： Cauliflower fractal forms arise from perturbations of floral gene networks BY EUGENIO AZPEITIA, GABRIELLE TICHTINSKY, MARIE LE MASSON, ANTONIO SERRANO-MISLATA, JÉRÉMY LUCAS, VERONICA GREGIS, CARLOS GIMENEZ, NATHANAËL PRUNET, ETIENNE FARCOT, MARTIN M. KATER, DESMOND BRADLEY, FRANCISCO MADUEÑO, CHRISTOPHE GODIN, FRANCOIS PARCY SCIENCE09 JUL 2021 : 192-197

  圖片來源：維基百科 植物的陰影遮蔽反應 （shade-avoidance response）對植物的生長發育相當重要。在植物受到其他植物的遮蔽時，植物能透過感應紅光與紅外光（far-red）比例的改變--紅外光比例上升--來感知自己正處在其他植物的陰影下，接著便會出現節間（internode）延長、葉片變小等性狀。葉片變小是因應紅光不夠所出現的反應，而節間延長則是為了讓植物可以在最短的時間內長出陰影的範圍。大家常討論的樹冠羞避反應（crown shyness），可能也有關。 過去在阿拉伯芥的研究認為，陰影遮蔽反應是屬於光敏素B（phytochrome B）的專屬反應。最近的研究發現，光敏素A也對陰影遮蔽反應有影響。光敏素A會提高數個傍晚會表現的基因的表現，這些基因包括了 TOC1 （ TIMING OF CAB EXPRESSION 1 ）， PRR7 （ PSEUDO RESPONSE REGULATOR 7 ）， ELF3 （ EARLY FLOWERING 3 ）與 ELF4 ，而這些都與生物時鐘的調節相關。這些基因會抑制節間的延長，也就抑制了陰影遮蔽反應。 參考文獻： Phytochrome A elevates plant circadian-clock components to suppress shade avoidance in deep-canopy shade Donald P. Fraser, Paige E. Panter, Ashutosh Sharma, Bhavana Sharma, Antony N. Dodd, Keara A. Franklin. Proceedings of the National Academy of Sciences Jul 2021, 118 (27) e2108176118; DOI: 10.1073/pnas.2108176118

  圖片來源：維基百科 也稱為單胞藻的衣藻（ Chlamydomonas reinhardtii ）具有一個杯狀的葉綠體與鞭毛，可進行光合作用，也會向著光源游泳。 上次 介紹過衣藻的感光蛋白channelrhodopsin可以用來讓盲人恢復部分視覺，這次要介紹另一個具有多種功能的衣藻蛋白：DASH 隱花色素（DASH cryptochrome）。 研究團隊發現衣藻的CRY-DASH1位於葉綠體內，且在中午時量最多。缺少CRY-DASH1的突變株生長速度緩慢，並出現光合色素累積與光系統II效率上升的現象。進一步的分析發現，缺少CRY-DASH1的突變株其類囊體膜（thylakoid membrane）出現超堆積現象（hyper-stacking），幾個組成光系統II的蛋白質（如D1蛋白與CP43）量增加，但它們的信息RNA量沒有增加。CRY-DASH1會跟FAD以及5,10-methenyltetrahydrofolate結合，而結合後的蛋白質在UVA有個吸收高峰。如果以補充UVA的白光照射衣藻，只有野生種的生長會加速。 在細菌與真菌中，CRY-DASH1是個負責修復DNA的酵素。過去對於它在植物中的角色並不瞭解。這個研究讓我們瞭解到，CRY-DASH1在植物中是個光受器，就像高等植物的隱花色素一樣。 參考文獻： Rredhi, A., Petersen, J., Schubert, M., Li, W., Oldemeyer, S., Li, W., Westermann, M., Wagner, V., Kottke, T. and Mittag, M. (2021), DASH cryptochrome 1, a UV-A receptor, balances the photosynthetic machinery of Chlamydomonas reinhardtii. New Phytologist. Accepted Author Manuscript. https://doi.org/10.1111/nph.17603

  圖片來源： Current Biology 植物不會動，所以對於外界的種種刺激只能想辦法因應。雖然水分是植物生存所必須，但水太少（乾旱）或水太多（淹水）都屬於所謂的「非生物性壓力」（abiotic stress），會對植物造成傷害。在淹水時，植物（主要是根部）會因為缺氧而酸化，這對於執行正常的生理機能有很大的影響，所以植物勢必要啟動一連串的因應措施。但是，到底是什麼分子負責感應植物淹水時細胞質的酸化，進而啟動壓力反應，過去並不清楚。 最近在阿拉伯芥的研究發現， AtSLAH3 就是負責在淹水時感應細胞質酸化的基因。 AtSLAH3 是個S型陰離子通道（S-type anion channel）。在非洲蟾蜍卵細胞的研究顯示，只需要細胞質的pH值小幅度的改變，就足以啟動 AtSLAH3 。 AtSLAH3 在第330與454胺基酸為組胺酸（histidine），在細胞質酸度上升（pH值下降）時會被質子化（protonation），使 AtSLAH3 從不活化的雙體（dimer）轉變為活化態的單體（monomer），使細胞質的陰離子（主要為硝酸根）流出。 研究團隊發現阿拉伯芥的 AtSLAH3 失去功能時，淹水後出現的壓力反應就降低了，進一步確認了這個基因的功能。未來或許可以藉由調整 AtSLAH3 ，來控制植物對淹水所產生的壓力反應，進一步改善農作物的產量。 參考文獻： Lehmann et al., Acidosis-induced activation of anion channel SLAH3 in the flooding-related stress response ofAra-bidopsis, Current Biology (2021), https://doi.org/10.1016/j.cub.2021

  圖片來源： 維基百科 為了要避免農損，尋找可抗病的農作物品系一直都是育種的重點；往昔靠著將抗性（R，resistance）基因導入的作法雖然有效，但不斷演化的病原往往能迅速打敗植物的抗性，且這些抗性基因大多都是針對單一病原，在應用上也有其限制。相對來說，若能將敏感性（S，susceptibility）基因給剔除，常可導致植物對多種病原產生抗性，可能是一種更有效的策略。 過去在阿拉伯芥的研究，找到了一個敏感性基因 AtDMR6 。在阿拉伯芥中缺少 AtDMR6 基因的植物，對細菌及卵菌（oomycete）具有抗性。在番茄的研究，找到了兩個與AtDMR6序列相似的敏感性基因 SlDMR6-1 與 SlDMR6-2 。研究團隊發現 SlDMR6-1 在被病菌感染時表現會上升。 SlDMR6-1 缺損的番茄對細菌、卵菌與真菌都有抗性，而且水楊酸（SA，salicylic acid）的分泌與其他免疫相關基因的表現都上升。 研究團隊發現，雖然 SlDMR6-2 似乎與抗性較無關係，但這兩個 DMR6 基因的缺損都會造成番茄具有水楊酸5-羥化酶（SA-5 hydroxylase）活性，顯示了 SlDMR6-2 還是在對病原的抗性上有一席之地。或許這兩個 DMR6 基因在番茄的角色是分工合作的：其中 SlDMR6-2 專門用於平衡花/果實中的 SA 水平，而 SlDMR6-1 保留了在植物營養組織的病原體感染期間微調 SA 水平的能力。 參考文獻： Loss of function of a DMR6 ortholog in tomato confers broad-spectrum disease resistance. Daniela Paula de Toledo Thomazella, Kyungyong Seong, Rebecca Mackelprang, Douglas Dahlbeck, Yu Geng, Upinder S. Gill, Tiancong Qi, Julie Pham, Priscila Giuseppe, Clara Youngna Lee, Arturo Ortega, Myeong-Je Cho, Samuel F. Hutton, Brian Staskawicz Proceedings of the National Academ

  G蛋白，alpha次單元（黃），beta與gamma次單元（藍）。 圖片來源： 維基百科 大G蛋白，或也稱為「異源三聚體G蛋白」（hetertrimeric G protein），由三個次單元alpha，beta，與gamma構成。其中以alpha最大，beta與gamma較小（請參考上圖）。1980年代的研究發現alpha次單元會和GTP/GDP結合，當它與GTP結合時可以直接活化一些蛋白質，而beta-gamma次單元常常結合在一起，也會啟動一些次級傳訊者（secondary messenger）。 最近的研究發現，水稻的基因 qPE9-1 ，它是個大G蛋白gamma次單元，在低磷的狀況下對水稻的根部發育很重要。在低磷的狀況下， qPE9-1 的表現會被誘導，主根會長得比較長。 進一步的研究發現，另一個基因 OsGF14b （一個14-3-3蛋白）與這個反應也有關。 OsGF14b 會活化位於細胞膜上的H + -ATPase（位於細胞膜上的氫離子幫浦，對維持植物細胞膜的極化現象很重要），影響到主根的延長。在缺乏 qPE9-1 的狀況下過量表現 OsGF14b 時，主根仍會延長。 也就是說， qPE9-1 這個大G蛋白的gamma次單元與低磷狀況下根的延長與磷的利用有關，而這個反應與 OsGF14b 以及H + -ATPase都有關連。 參考文獻： The Plant Journal. https://doi.org/10.1111/tpj.15402

  二岐鹿角蕨。圖片來源： 維基百科 我們都知道蜜蜂、螞蟻是社會性動物，但你知道也有「社會性植物」嗎？ 最近發表的 一篇研究 發現，二岐鹿角蕨（ Platycerium bifurcatum ）是真社會性植物。 研究團隊分析了長在樹上的二十四個鹿角蕨群落。他們發現，鹿角蕨有兩種型態的葉片，一種稱為「巢葉」（nest frond），為杯狀、大部分褐色，掩蓋住它們生長的樹木；另一種則是鹿角狀的葉片，能形成孢子繁衍下一代。 研究團隊發現，越接近樹木頂端的鹿角蕨，有越多的鹿角狀葉片；越接近底端的鹿角蕨，其巢葉就越多。整體來說，大約有四成的葉片不會產生孢子，就像一個蜂巢裡也有一定成數的工蜂一樣。 另外，研究團隊也發現，越接近樹底端的巢葉，它們的吸水力就越強。這些巢葉的功能可能是維持整個群落的水分供應，讓整個群落活得更好。他們發現，越大的群落（最大的由58株鹿角蕨構成）產生孢子的葉片就越多。 當然，長在同一棵樹上也有可能只是巧合，並不像蜜蜂、螞蟻那樣都是系出同源。為了釐清這件事，研究團隊分析了十一個群落的基因體。結果發現，長在同一棵樹上的鹿角蕨，它們的親緣關係都非常近，甚至可以說，它們是同一個clone：原先的鹿角蕨從根系出芽，長出新的鹿角蕨。 研究團隊認為，或許鹿角蕨的社會性與蜜蜂、螞蟻不相同：有可能不同株鹿角蕨之間的關係就像我們的手和腳那樣。未來需要更多研究去瞭解，究竟在鹿角蕨群落中，它們是如何互助合作、互相依賴的。 參考文獻： K. C. Burns, Ian Hutton, Lara Shepherd. Primitive eusociality in a land plant?The Scientific Naturalist. https://doi.org/10.1002/ecy.3373