老葉的植物王國

  衣藻。圖片來源：維基百科 在我們的日常生活中，光線影響著各種生物的生長與發育。植物會向陽生長，某些動物的行為也會隨著日照改變。但你可能不知道，衣藻也能感受光的變化，並調整自身的能量儲存方式！科學家最近發現，一種稱為「向光素」（Phototropin, PHOT） 的藍光受器會影響衣藻儲存澱粉的能力喔！ 看文章

  圖片來源：維基百科 向日葵（ Helianthus ）的花以能「追蹤」太陽而出名。 過去的研究 發現，向日葵莖的兩側會發生生長速度不一致的狀況，白天東側生長較快（莖往西偏），晚上西側生長較快（莖往東偏）。 這樣的現象，很多科學家都認為，應該是跟向光素（phototropin）有關，或甚至不只是向光素，還有其他的光受器：如光敏素（phytochrome）、隱花色素（cryptochrome）等等。 聽起來蠻合理的，但是，科學是一種一定要經過實驗驗證的過程，所以就有科學家動手去驗證了。 結果蠻令人意外的。加大戴維斯分校的研究團隊，觀察室內培養室中生長的向日葵和戶外陽光下生長的向日葵，分析哪些基因在這兩種環境中被啟動（轉錄）。 研究團隊發現在室內，向日葵會直直地生長朝向光源，啟動與向光素有關的基因。但在戶外生長的植株，雖然也會隨著太陽轉動它們的花朵，但是它們卻展現完全不同的基因表達模式。莖的兩側似乎在向光素方面沒有明顯差異。 那麼其他的光呢？研究團隊試著屏蔽藍光、紫外線、紅光或紅外光，但是這些處理對趨光性反應都沒有造成影響。這顯示向日反應可能存在多種途徑，對不同波長的光都做出反應，來實現相同的目標。 未來的工作將繼續研究植物中的蛋白質調控，希望能早日解開向日葵向日之謎。 參考文獻： Christopher J. Brooks, Hagop S. Atamian, Stacey L. Harmer. Multiple light signaling pathways control solar tracking in sunflowers. PLOS Biology, 2023; 21 (10): e3002344 DOI: 10.1371/journal.pbio.3002344

  圖片來源： Curr. Opin. Plant Biol . 身為光合自營生物，植物一定要能夠密切地監控環境中的光是否適合生存。這包括了光的品質（是否含有它需要的波長）、光的亮度與光照射的方向。因此，植物具有許多不同的光受器（photoreceptor）：負責偵測紅光/紅外光的光敏素（phytochrome）、負責感應長波紫外光/藍光的隱花色素（cryptochrome）、負責感應短波紫外光的UVR8以及負責感應長波紫外光/藍光並偵測光照射方向的向光素（phototropin）。 與光敏素及隱花色素相同，向光素具有蛋白質激酶（protein kinase）活性（見上圖的kinase domain）。另外很特別的是，所有的向光素都有兩個LOV 結構域（LOV domain）：過去的研究發現，所有具有這個結構域的蛋白質，幾乎都與光（light）、氧氣（oxygen）與電壓（voltage）相關。在向光素中，這兩個LOV結構域與不同的發色團（chromophore）結合，並被認為與感光有關。 最近的研究發現，番茄的向光素1序列發生特定突變時，會使得番茄合成特別多的茄紅素（lycopene，類胡蘿蔔素的一種）。這個突變的位置（第495個胺基酸）很靠近向光素1的第二個LOV結構域。當這個胺基酸由原來的精胺酸（arginine）變為組胺酸（histidine）後，向光素1雖然仍然有合成，但是它會干擾正常的向光素1的活化（在遺傳學上稱為「顯性負性」dominant negative）。這個顯性負性的向光素1會使植物合成更多的茄紅素。研究團隊發現，如果以基因編輯的方法讓向光素1失去功能，這樣的突變株番茄茄紅素合成是下降的，這也就解釋了過去為何一直不知道向光素與類胡蘿蔔素的合成有關。 參考文獻： Kilambi, H.V., Dindu, A., Sharma, K., Nizampatnam, N.R., Gupta, N., Thazath, N.P., Dhanya, A.J., Tyagi, K., Sharma, S., Kumar, S., Sharma, R. and Sreelakshmi, Y. (2021), The new kid on the block: A dominant‐negative mutation of phototrop...