葉綠體（chloroplast）的基因也可以影響細胞核基因表現

葉綠體。圖片來源：維基百科

葉綠體（chloroplast）是植物細胞中的重要胞器，主要存在於綠色植物和某些藻類中。除了對植物最重要的光合作用當然是在它們裡面進行，它們還參與了合成脂肪酸和胺基酸以及氮的代謝，也負責一部分的能量產生。另外，葉綠體擁有自己的基因組（DNA），這使得它們在某些層次上可以獨立運作。葉綠體基因組包含一些必要的基因，用於合成葉綠體內的蛋白質。

過去的研究發現，葉綠體的基因組（位於葉綠體基質stroma中）只能提供自己需要的10%左右的蛋白質，其他的蛋白質都要靠細胞核的基因組提供。但是，葉綠體的基因有沒有可能去影響細胞核基因的表現呢？在過去的研究中發現，通常需要強烈的選擇壓力才能出現葉綠體轉基因轉移到細胞核的情況。

最近的一篇研究，推翻了這個認知。研究團隊將植物色素脫飽和酶（PDS）轉入葉綠體後，觀察其是否能影響細胞核的PDS表現。由於PDS在類胡蘿蔔素的合成過程中起著關鍵作用，它的沉默會導致類胡蘿蔔素的合成受到阻礙，使植物容易因為照光而變白（bleaching）。

研究團隊發現，這些轉殖後的煙草葉綠體不僅能表達這段PDS基因，還能製造一種特殊的小RNA，名為21核苷酸相位干涉小RNA（phasiRNAs）。這些phasiRNAs能進入到細胞的基因沉默途徑中，從而抑制相應的核基因表達。這一發現顯示，質體的RNA可以跑到細胞質中，並參與調控核基因活動。

更令人驚訝的是，科學家們發現即使在沒有相應的核RNA的情況下，質體表達的dsRNA也能在細胞質中產生大量的21-nt phasiRNAs，這顯示了植物的基因沉默機制比我們之前認為的要複雜得多。

這項研究不僅為我們認識了植物基因表達調控的新機制，還為未來植物基因工程和生物技術開發提供了新的可能性，特別是在利用質體轉化技術調節核基因表達方面。

參考文獻：

Sébastien Bélanger, Marianne C Kramer, Hayden A Payne, Alice Y Hui, R Keith Slotkin, Blake C Meyers, Jeffrey M Staub, Plastid dsRNA transgenes trigger phased small RNA-based gene silencing of nuclear-encoded genes, The Plant Cell, Volume 35, Issue 9, September 2023, Pages 3398–3412, https://doi.org/10.1093/plcell/koad165

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