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藍光(blue light)秘密:揭開大豆葉片衰老的神秘面紗(簡易版)

 

大豆。圖片來源:維基百科

植物,就像我們,也會「感覺」到外界的變化,透過一些特殊的「感覺器官」來調整自己的生長。今天,我們就來談談植物是如何感知光的顏色,特別是藍光,以及這對它們生長的重要性。

你知道嗎?植物能「看見」光!雖然它們沒有眼睛,但它們有一種叫做光敏素(phytochrome)的特殊蛋白質,就像是它們的「眼睛」,幫助它們感知周圍的光線,特別是紅光。但是,植物不只對紅光敏感,它們也能感知到藍光,而且藍光對它們來說非常重要,所以植物也有感應藍光的光受器:隱花色素(cryptochrome,CRY )!

你可能會問,藍光對植物有什麼作用呢?實際上,藍光對植物的發育有很大影響,包括它們如何向光移動(趨光性),以及何時開花。最近,科學家在研究大豆時發現了一些有趣的事情。他們發現一種名為GmCRY1b的隱花色素,它在控制大豆葉子老化的過程中起著重要作用。

這個GmCRY1b能和一些特殊的蛋白質,像是GmRGAaGmRGAb,互相作用,進而影響葉子衰老的速度。更有趣的是,在藍光的照射下,這些蛋白質的數量會減少,這暗示它們在由GmCRY1b調控的葉子衰老過程中扮演了一個角色。

為了深入了解這個過程,科學家進行了一系列實驗。他們用不同強度的藍光照射大豆葉片,發現在低強度的藍光下,葉子的衰老速度會加快,葉綠素的含量會降低,一些與老化相關的基因也會更活躍。這告訴我們,藍光是影響大豆葉子衰老的一個重要因素。

接下來,科學家用CRISPR技術(一種基因編輯工具)剔除了所有的隱花色素,改變了大豆對藍光的感應能力。他們發現,當大豆對藍光的感應能力降低時,葉子會更早地開始衰老,顯示出藍光感應器在控制葉子衰老方面扮演著重要的角色。

不僅如此,科學家還發現GmCRY1b可以和DELLA蛋白質(如GmRGAaGmRGAb)互動,這些互動是在藍光下發生的。這意味著,當藍光照射到植物上時,GmCRY1b會「碰到」DELLA蛋白,然後它們一起在葉子衰老的過程中發揮作用。

還有一個有趣的發現是,這些互動似乎是在植物細胞核內發生的。細胞核是細胞的「指揮中心」,控制著細胞的所有活動。所以,這暗示著GmCRY1b和DELLA蛋白在細胞核中一起工作,影響著植物如何回應藍光。

但是,這一切又和老化有什麼關系呢?研究發現,植物中的一種激素叫做GA也參與了葉片衰老的過程。當科學家在大豆上使用GA或阻止GA的作用時,他們發現它可以加速或延緩葉片的衰老。這意味著,GA和GmCRY1b一起,通過影響DELLA蛋白質和GmWRKY100的活動,來控制葉片的衰老。

最後,科學家發現,當他們改變了GmWRKY100基因的活性時,大豆葉子的衰老速度也會改變。這表明GmWRKY100在控制葉片衰老的過程中也扮演著重要角色。

總而言之,這項研究進一步瞭解了植物如何使用藍光感應器來「感知」光的顏色和強度,並根據這些信號來調節自己的生長,特別是葉片的衰老過程。這些發現不僅讓我們更深入了解植物的內部工作機制,而且也可能幫助我們開發出新的方法來改善作物的生長和產量。想像一下,如果我們能控制植物對光的反應,我們或許能讓作物生長得更快、更健康,甚至產量更高!

想瞭解更多嗎?請看完整版或直接閱讀論文  

參考文獻:

Li, Z., Lyu, X., Li, H. et al. The mechanism of low blue light-induced leaf senescence mediated by GmCRY1s in soybean. Nat Commun 15, 798 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-45086-5

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