老葉的植物王國

做為光合自營生物，植物必需要能夠準確的監測它需要的光--主要是葉綠素進行光合作用所需的紅光與藍光--的強度是否足夠。如果不夠，植物就會減少對進行光合作用所需要的組件（如葉綠素、葉綠體、葉片）的投資。 植物如何進行對光的監測呢？主要透過一群光受器（photoreceptor），其中最重要的就是偵測紅光與紅外光的光敏素（phytochrome）了。光敏素透過偵測環境中紅光與紅外光的比例，來理解身處的環境：是否被大樹遮蔽了大部分的日光？現在是一天中的日出、正午、或是黃昏？甚至...每天晚上有多長？ 但是植物除了要知道環境中的光線是否夠多夠好以外，水分、礦物質的有無，以及周遭的溫度也都很重要。經過數百年的研究，我們已經大致上了解植物如何偵測水分與礦物質，但是對於溫度，尤其是溫度如何影響植物的生長，我們其實不大了解。 近年來的一些研究，開始把光敏素與植物對溫度的感知給連結起來。尤其是光敏素B（phytochrome B）！許多研究都發現，光敏素B可能與植物對溫度的感知有關。但是，所有的光敏素都具備兩種可以互相轉換的構形（conformation）：吸收紅光不具活性的紅光吸收態（Pr）與吸收紅外光具有活性的紅外光吸收態（Pfr）。Pr吸收了紅光便活化轉為Pfr，而Pfr吸收了紅外光便回到Pr。如果光敏素與溫度感知有關，到底一個光受器是怎麼與溫度感知有關連？若是光敏素本身可以感知溫度，那是哪一種構形與溫度感知比較相關？如果不是光敏素本身直接感知溫度的話，又是如何與溫度感知的機制發生關連的呢？ 最近一期（2016年11月）的「科學」（Science）雜誌上，來自歐洲與南美洲的兩個研究團隊，各自用不同的方式證明了：光敏素B的確是植物的熱傳感器（thermosensor）！ 過去的研究已經知道，擬南芥（ Arabidopsis ）的胚軸在溫暖（攝氏22度以上）的環境下長得比在冷（攝氏17度以下）的環境下要長。但若將所有五個光敏素都去除，則不論環境暖或冷，胚軸都會長得極長。當他們把少了五個光敏素與野生種擬南芥在攝氏22度與27度下的基因表現進行比較時發現，少了五個光敏素的擬南芥，在夜晚時表現更多與生長相關的基因。 少了光敏素，基因的表現反而上昇？ 過去對光敏素的認知是：在接收到紅光之後，光敏素會活化為Pfr構形，接著便進入細胞核來調節許許多多基因的表現。這些基...