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

  衣藻（ Chlamydomonas reinhardtii ）。圖片來源：維基百科 在自然界，藻類可以與珊瑚蟲、海綿、海葵等生物建立共生關係；過去雖然也發現斑點鈍口螈（ Ambystoma maculatum ）的胚胎會與 Oophila amblystomatis 這種綠藻 形成共生關係 ，且似乎會將綠藻傳給下一代，但對於成體的脊椎動物來說，似乎還沒有任何脊椎動物可以與藻類和平共存的例子。 最近德國的研究團隊，將兩種藻類：衣藻（ Chlamydomonas reinhardtii ）與藍綠菌（ Synechocystis sp. ）注射到非洲爪蟾（ Xenopus laevis ）的蝌蚪體內，觀察藻類是否能成功生存在兩棲類體內，甚至提供兩棲類它們需要的氧氣等養分。 在將藻類注射到蝌蚪的心臟後，藻類很快地沿著血管來到蝌蚪的腦部，讓蝌蚪的頭轉為綠色。接著研究團隊把蝌蚪的頭分離出來，進行後續的實驗。 在實驗中，研究團隊停止供應氧氣給蝌蚪的頭，當然大腦很快就停止活動。接著研究團隊用光照射有綠藻的蝌蚪頭或恢復提供氧氣給沒有綠藻的蝌蚪頭（控制組）。結果發現，有綠藻的蝌蚪頭在照光後15-20分鐘就開始有活動，比控制組快了兩倍。 這個實驗顯示了藻類可以存活於脊椎動物（兩棲）體內，並執行它應該要執行的功能。但若讓藻類持續生存在蝌蚪體內，會不會引發免疫反應，造成蝌蚪的腦炎等疾病呢？這就需要後續的實驗了。 參考文獻： Suzan Özugur et al. Green oxygen power plants in the brain rescue neuronal activity. iScience, published online October 13, 2021; doi: 10.1016/j.isci.2021.103158

  圖片來源：維基百科 也稱為單胞藻的衣藻（ Chlamydomonas reinhardtii ）具有一個杯狀的葉綠體與鞭毛，可進行光合作用，也會向著光源游泳。 上次 介紹過衣藻的感光蛋白channelrhodopsin可以用來讓盲人恢復部分視覺，這次要介紹另一個具有多種功能的衣藻蛋白：DASH 隱花色素（DASH cryptochrome）。 研究團隊發現衣藻的CRY-DASH1位於葉綠體內，且在中午時量最多。缺少CRY-DASH1的突變株生長速度緩慢，並出現光合色素累積與光系統II效率上升的現象。進一步的分析發現，缺少CRY-DASH1的突變株其類囊體膜（thylakoid membrane）出現超堆積現象（hyper-stacking），幾個組成光系統II的蛋白質（如D1蛋白與CP43）量增加，但它們的信息RNA量沒有增加。CRY-DASH1會跟FAD以及5,10-methenyltetrahydrofolate結合，而結合後的蛋白質在UVA有個吸收高峰。如果以補充UVA的白光照射衣藻，只有野生種的生長會加速。 在細菌與真菌中，CRY-DASH1是個負責修復DNA的酵素。過去對於它在植物中的角色並不瞭解。這個研究讓我們瞭解到，CRY-DASH1在植物中是個光受器，就像高等植物的隱花色素一樣。 參考文獻： Rredhi, A., Petersen, J., Schubert, M., Li, W., Oldemeyer, S., Li, W., Westermann, M., Wagner, V., Kottke, T. and Mittag, M. (2021), DASH cryptochrome 1, a UV-A receptor, balances the photosynthetic machinery of Chlamydomonas reinhardtii. New Phytologist. Accepted Author Manuscript. https://doi.org/10.1111/nph.17603

  衣藻。圖片來源： 維基百科 衣藻（ Chlamydomonas reinhardtii ），也稱為單胞藻，是一種單細胞藻類，大小大約為10微米（micrometer），具有兩條鞭毛可以游泳。衣藻有一個杯狀的葉綠體，具有感光的蛋白質稱為channelrhodopsin，讓衣藻可以看到光並向著光來的方向游過去。 最近有個國際研究團隊（主要為法國與瑞士的巴塞爾大學）將衣藻的感光蛋白基因以腺病毒載體植入患有色素性視網膜炎（RP，Retinitis pigmentosa，為一種遺傳性的疾病）病人眼睛的視網膜。該病人於四十年前罹患RP，現在只能感應到有無光的狀態。 因為衣藻的蛋白質只對特定波長的光有反應，所以研究團隊讓病人戴上特殊的眼鏡，可將外界的光線轉成衣藻蛋白能夠感應的波長。 病人在五個月以後，有一天過馬路時，忽然發現他可以看到斑馬線了。實驗室的測試也發現他可以看到影像。 參考文獻： Sahel, JA., Boulanger-Scemama, E., Pagot, C. et al. Partial recovery of visual function in a blind patient after optogenetic therapy . Nat Med (2021). https://doi.org/10.1038/s41591-021-01351-4