老葉的植物王國

今天一早，就看到一篇 報導 有關擬南芥（阿拉伯芥， Arabidopsis thaliana ）的光敏素B的結晶結構被解出來了。 過去這類的分子一向被認為很難解出結晶結構，主要有幾個原因，包括分子很大（擬南芥的光敏素有一千多個氨基酸）、結構不穩定（光敏素有兩種構形conformation，分別是吸收紅光的Pr與吸收遠紅光的Pfr，而這兩種構形在光敏素與色素分子phytochromobillin結合後，就以不同比例存在；簡單來說，無法提純出100%的Pfr，也沒有100%的Pr。但是如果不跟色素分子結合得到的結晶結構也沒有意義）等因素，使得光敏素要結晶很困難；但是在將光合細菌中的光敏素取得結晶以後，科學家們由細菌的經驗，摸索出如何將高等植物的光敏素結晶的條件，於是有了擬南芥光敏素B的結晶結構（2）。 不過，要把一千多個氨基酸那麼大的蛋白質給結晶還是有相當程度的難處；所以這次的結晶結構是光敏素的前半部，也就是光敏素主要感應光的部分（PSM, photosensing module）。 擬南芥光敏素B（At-PhyB）的PSM，負責感光。 Syn-Cph1與Dr-BphP為藍綠菌與光合細菌的光敏素 圖片取自 PNAS 這部分的結構解出來，對於了解高等植物的光敏素又邁進了一步。雖然擬南芥是個雜草，但是它也是高等植物，而且是十字花科的高等植物，與高麗菜、大白菜等都有親戚關係，所以了解它的光敏素的結構，也可以幫助我們了解更多高等植物對光感應的機制。 怎麼說呢？因為光敏素B是高等植物裡面最重要的光敏素，它在植物的成長、開花、結果上，都佔有重要的角色。 圖片來源網址 由上圖B與C可知，缺少光敏素B（ phyB ，圖B左二以及圖C左二）使擬南芥在幼苗時期（圖C左二）呈現類似「豆芽菜」的狀態：子葉小而色淡、胚軸延長，而在成體（圖B左二）則除了持續有葉片為淺綠色的狀態之外，花莖細軟而長、結果也少。 這些性狀都是因為植物自認為光線不夠所產生的。怎麼說呢？ 葉片小而呈現淺綠色，是因為缺乏光敏素B使得植物感應到光線不夠，因此必需將胚軸/莖伸長以獲取更多光線。同時，在尚未能夠獲取更多光線之前，由於植物認為目前所能獲取的光線並不足以提供正常大小的葉片來進行光合作用，滿足葉片自身的能量需求，因此葉片要長得小一點、裡面的葉綠體數目要少一點（淺綠色），這樣才...