老葉的植物王國

藥用植物如菸草、咖啡等，他們不僅是果實裡有如尼古丁（nicotine）、咖啡因（caffeine）等次級代謝物，而是全身從頭到腳都有，連花蜜（nectar）裡面也找得到。如 Nicotiana glauca 的花蜜裡面有2.0ppm的尼古丁，而 Coffea 這一屬的植物的花蜜裡面有98ppm的咖啡因。 光菸草/樹菸草（ Nicotiana glauca ）圖片來源：" Nicotiana-glauca-20080330 " by   Miwasatoshi - Own work . Licensed under GFDL via Wikimedia Commons . 但是，這些植物也需要昆蟲來授粉；授粉的昆蟲吃了這些植物的花蜜，是否會有什麼反應呢？又或者，會不會這些植物的花蜜對昆蟲也有藥物的效果呢？ 來自美國的研究團隊，因為對這個議題感興趣，將大黃蜂（ Bombus impatiens ）先接種了節肢動物的寄生蟲 Crichidia （ Crithidia bombi ），然後再以含有不同種類次級代謝物的糖水餵食，觀察吃了含有次級代謝物的糖水的大黃蜂，與只有餵食糖水的大黃蜂，哪一組活得比較好。 大黃蜂（Common Eastern Bumblebee）。 圖片來源：" B impatiens queen "  by llorban - Own work .  Licensed under CC BY-SA 3.0 via Wikimedia Commons . 餵食結果發現，吃了含有菸草次級代謝物（毒藜鹼anabasine與尼古丁）的大黃蜂，體內寄生蟲減少了81%-61%；吃了其他兩種植物（ Chelone glabra 與椴屬 Tilia europea ）的次級代謝物的大黃蜂，體內寄生蟲也減少了六成以上。不過吃了含有咖啡因或苦杏仁苷（amygdalin）的大黃蜂，他們體內的寄生蟲並沒有減少。 這個實驗告訴我們什麼呢？筆者認為，雖然看起來有些次級代謝物的確可以殺死寄生蟲，所以食用這些植物的花蜜有助大黃蜂恢復健康；但是究竟大黃蜂在健康出現狀況時，會不會主動去找尋這些植物來採蜜呢？答案恐怕是否定的。就如研究團隊發現，雖然毒藜鹼對大黃蜂的寄生蟲感染有治療效果，但受感染的大黃蜂...

我們在2014年的12月11日，邀請了中研院農生中心的常怡雍老師來跟大家分享他在葉綠素代謝上的 新發現 。 常老師在找尋植物的耐熱基因上卓然有成，這次卻不講他的耐熱基因們，固然是因為謙虛（常老師說，既然筆者的名字跟葉綠素很像，他又剛好有這個新發現，所以他覺得一定要講XD），但其實這個新發現還是從耐熱基因的研究產生的。 怎麼說呢？原來，一開始這個突變株是被命名為 dlt4 （ d efect in l ong-term acquired t hermotolerance）。研究團隊多年來一直都是以阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）為材料，找尋暴露在高溫下之後，重回正常狀態培養發生漂白化（bleaching）的突變株，而 dlt4 就是其中之一。 (a)高溫處理過的 chlg-1 （ dlt4-1 ），出現漂白化現象。 (b)如 chlg-1 在 高溫處理過後，回到黑暗中培養二天，則無漂 白化現象發生。 圖片來源： The Plant Journal 研究團隊找到有合適的性狀的突變株之後，接著就是去找突變的基因。當他們找到 dlt4 發生突變的位點以後，卻發現那個基因的序列跟藍綠菌的chlorophyll synthase（葉綠素合成酶）很像（以下改稱 dlt4 為 chlg ）。 研究團隊接著發現，正如上圖（b）所顯示的， chlg-1 突變株的漂白化性狀，如果在熱處理後回到黑暗中培養兩天，就不會出現了；可是他們在阿拉伯芥突變株種源庫中找到的相同基因的突變種（稱為 chlg-2 ），卻是不管有沒有熱處理都會有漂白化的性狀。 原來， chlg-1 （原來的 dlt4 ）突變株的葉綠素合成酶上發生的突變是所謂的「錯義突變」（missense mutation）。這個突變使得原來葉綠素合成酶的第217號氨基酸由甘氨酸（glycine，縮寫為G）變為精氨酸（arginine，縮寫為R）。由於甘氨酸與精氨酸的性質非常不同，大小差距也非常大（如下圖），造成整個葉綠素合成酶變得不穩定，結果就是 chlg-1 突變株的葉綠素合成酶的量只有野生種的十分之一而已。 甘氨酸。圖片來源： wiki 精氨酸。圖片來源： wiki 而葉綠素合成酶的量下降到原來的一成，使得 chlg-1 突變株在熱處理後發生植醇葉綠素 ...