碳酸酐酶（Carbonic anhydrase）在光合作用中的角色

碳酸酐酶（Carbonic anhydrase）是動植物都有的酵素。在動物，碳酸酐酶的功能是將二氧化碳轉為重碳酸根（HCO₃^-），以維持細胞液與血液的酸鹼平衡。

在植物，碳酸酐酶被認為是負責將細胞中的重碳酸根轉為二氧化碳，讓植物可以有更多的二氧化碳來進行碳反應（Calvin-Benson cycle）。如果這個想法是正確的，那麼將植物的碳酸酐酶給剔除，應該會對植物的光合作用效率發生影響。

最近的研究發現，當他們把煙草（C3植物）的兩個碳酸酐酶以基因編輯的方式給剔除後，植物的葉片雖然出現了一些壞死的斑塊，但光合作用的效率並未受到影響。有趣的是，當他們把環境的二氧化碳濃度提升到 9000 ppm後，植物的壞死斑塊就消失了，顯示碳酸酐酶對植物的影響應該是在供應植物重碳酸根，而不是供應二氧化碳來協助光合作用。

研究團隊為何會想到要剔除碳酸酐酶呢？原來是因為想要提升C3植物細胞中的二氧化碳濃度，進而提升它們的光合作用效率。畢竟這個酵素雖然可以將重碳酸根轉為二氧化碳，但它也可以進行相反的反應，讓二氧化碳變少。也就是因為這樣，研究團隊才想要把它們給剔除。在所有的植物中，C3植物的光合作用效率是最低的，也是最耗水的。但很不幸的，主要的農作物（如稻、麥）都是C3植物，所以這些年來如何提升它們的光合作用效率也是一個熱門課題。

雖然剔除碳酸酐酶不影響光合作用，但是要把植物養在9000 ppm的二氧化碳下也太不切實際；所以研究團隊未來計畫要把一個重碳酸根的運輸蛋白表現在葉綠體的膜上，讓細胞質的重碳酸根可以進入葉綠體。不知道這麼一來，所產生的新品系植物光合作用的效率是否會變得更好呢？

參考文獻：

Kevin M. Hines, Vishalsingh Chaudhari, Kristen N. Edgeworth, Thomas G. Owens, Maureen R. Hanson. Absence of carbonic anhydrase in chloroplasts affects C3 plant development but not photosynthesis. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; 118 (33): e2107425118 DOI: 10.1073/pnas.2107425118

留言

這個網誌中的熱門文章

怎麼辦到的？變形藤（Boquila trifoliolata）模仿塑膠植物

左：原來的葉片。右：模仿的葉片。圖片來源：期刊之前我們提到過一種奇妙的植物「變形藤」（ Boquila trifoliolata ），它原產於南美洲智利中、南部與阿根廷。在2014年就被發現它為了減少自己被吃，發展出奇妙的變形能力：爬到誰身上就長得像誰。後來在2021年發現，它不只是形狀學得像，連人家身上一大半的細菌都搬過來了。這就奇妙了。為什麼「變形藤」能夠學得這麼像呢？是寄主植物釋放了揮發性化合物？還是寄主植物跟它進行了基因的交換？還是它真的能「看」？研究團隊這次用了塑膠植物給它模仿。塑膠植物沒有基因、也不會釋放揮發性化合物，這樣就可以排除前兩個因素了。結果「變形藤」還是學得維妙維肖，而且，一個月以後，它還學得更像。難道它真的會「看」嗎？只能說這棵藤本植物真是太奇妙了。參考文獻： White J, Yamashita F. Boquila trifoliolata mimics leaves of an artificial plastic host plant. Plant Signal Behav. 2022 Dec 31;17(1):1977530. doi: 10.1080/15592324.2021.1977530. Epub 2021 Sep 21. PMID: 34545774; PMCID: PMC8903786.

閱讀完整內容

植物界的變色龍Boquila trifoliolata如何模仿？

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

閱讀完整內容

關於蕃薯，你知道你吃的是什麼品種嗎？

蕃薯（ Ipomoea batatas ）從臺灣人的主食、轉變為副食、又轉變為飼料，最後在養生的風潮下，再度躍上餐桌，成為美食，可有人關心過，我們吃的蕃薯是什麼品種嗎？圖片來源：農委會上面這張照片裡的蕃薯，中間的TN57與TN66，就是台農57號與台農66號，是臺灣最受歡迎的兩種蕃薯喔！台農57號在1955年由嘉義農試分所將日治時代培育出的台農27號與南瑞苕種（Nancy hall）雜交育成。它黃皮黃肉，目前還是全臺灣產量最大的蕃薯。口感鬆軟，適合烤、煮食或製作薯條。主要產地在雲林、台南、高雄。適合在四～十月間種植。台農57號還曾經隨著農技團飄洋過海到史瓦濟蘭去，協助他們解決糧食問題呢！至於台農66號呢，就是所謂的紅心蕃薯啦！台農66號是1975年也是由嘉義農試分所選出，1982年正式命名。它是目前栽植最普遍的食用紅肉番薯。在臺灣，幾乎全年皆可栽種，秋冬作五個月可收穫，春夏作四個月就可以收穫囉！最右邊的台農73號，就是現在所謂的「芋仔蕃薯」啦！它是在1990年以台農62號（♂）x清水紫心（♀）雜交後，在2002年選拔出優良子代CYY90-C17，並於2007年正式命名。由於肉色為深紫色，所以得到「芋仔蕃薯」的暱稱。本品種富含cyanidin 及peonidin 等花青素，具抗氧化功用。至於常吃的蕃薯葉，則是以桃園2號與台農71號為主，這兩種葉菜蕃薯都不用撕皮就可以直接煮來吃，而且莖葉不易倒伏，方便農民採收喔！如果您愛吃的是蕃薯的加工食品，如蕃薯餅、蜜蕃薯、蕃薯酥，其實他們大多也是用台農57號與66號來加工的喔！參考文獻：蔡承豪、楊韻平。2004。臺灣蕃薯文化誌。貓頭鷹出版。行政院農委會。甘藷主題館。

閱讀完整內容

老葉的植物王國

搜尋此網誌