老葉的植物王國

  圖片來源：維基百科 隨著地球上人口增加、耕地卻無法擴展，如何在有限的土地上提升作物的產量就成為重要的課題了。也有許多團隊努力地朝著這方面去進行研究，但能增加的產量大約都只在一、兩成。 最近由來自中國的研究團隊，發表在《科學》雜誌上的研究，卻有了驚人的進展！研究團隊在水稻中發現了一個轉錄因子（transcription factor） OsDREB1C ，當它高度表現時，可使水稻增產41.3%到68.3%。 這麼厲害的轉錄因子是怎麼發現的？研究團隊比較了水稻與玉米的轉錄體（transcriptome）與代謝體（metabolome），找到了118個轉錄因子可能與調節C4光合作用有關。 為什麼要找跟調節C4光合作用有關的基因？過去的研究已經證明，C4光合作用的確比C3光合作用要有效率得多，但是主要的穀類作物除了玉米以外都是C3作物。想把C3作物改造成C4作物並非易事，因此研究人員想要找到影響C4作物產量的基因。 從這118個基因中，研究團隊找到了 OsDREB1C 。這個轉錄因子屬於AP2/ERF家族，在受光照射或低氮環境中表現量會上升。研究團隊在細胞質與細胞核中都可以看到它，實驗也發現它的確可以與DNA結合並影響基因的表達。 哪些基因的表達受到它的影響呢？研究團隊發現，最主要受影響的基因有五個，其中一個是直接與光合作用的效率有關（ OsRBCS3 ），另外三個則與氮的運輸、吸收有關（ OsNR2 、 OsNRT2.4 、 OsNRT1.1B ），最後一個則與開花時間有關（ OsFTL1 ）。 實驗的結果發現， OsDREB1C 會透過與 OsRBCS3 的啟動子（promoter）以及其他四個基因的外顯子（exon）的序列結合，讓這五個基因的表現量上升。測試發現，高度表現 OsDREB1C 的水稻，不僅每個小穗的穀粒數目增加、穀粒也變大。高度表現 OsDREB1C 的水稻其光合作用效率上升，氮的利用效率也顯著提升，而且開花時間也提早了13到19天。 研究團隊從2018-2021年在中國的北方、東南方與南方進行田間試驗，結果發現高度表現 OsDREB1C 的水稻，其產量至少提升了四成，甚至可達近七成。這是非常驚人的產量增加，過去任何研究都無法達其項背。更棒的是，研究團隊在小麥中也發現了同源基因，而高度表達同源基因的小麥，也可有兩成左右的增產。 雖然是基改，但如果能在

  土沈香的果實。圖片來源： 維基百科 土沈香（ Aquilaria sinensis ）原生於中國，是沈香屬的喬木。其樹脂帶有香氣，被製成名貴的香料。因為遭到任意砍伐，目前是中國的國家二級保護植物，明令禁止砍伐，但仍有人為利益而盜伐。 沈香的種子極易失去活性，成熟後果實會開裂，這使得種子逐漸乾燥，而乾燥後的種子就不能發芽了。這個現象讓科學家感到非常好奇，在自然界的沈香，是如何能在很短的時間內讓種子找到合適的地點呢？最近一項研究解開了這個謎題。 研究團隊發現，在沈香果實成熟後，裂開的果實便會散發小分子的醛、酮、醇與酸。這些小分子大約介於五到九個碳，會吸引三種胡蜂屬（ Vespa ）的昆蟲。 這三種胡蜂會把果肉吃掉，但不能消化的種子就會被到處亂丟。平均散播的距離大約是166公尺。只要種子被丟在潮濕的地區--這是沈香種子喜歡的環境--種子就有機會可以發芽，長成大樹。 研究團隊分析了這些小分子揮發性化合物，發現很多都與植物受傷時會分泌的揮發性化合物很像。通常植物只有在被啃咬時才會分泌這些化合物，也就是說，有這些化合物的存在象徵著這裡可能有吃草的昆蟲，對於肉食的胡蜂們當然是很好的資訊，於是牠們就飛過來了。到了以後卻沒有蟲而只有土沈香的果實，對胡蜂來說可能是「沒魚蝦也好」吧！於是牠們就在無意中幫土沈香給散播種子了。 參考文獻： Current Biology. https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.06.034