老葉的植物王國

  Synechococcus. 圖片來源： 維基百科 藍綠菌（cyanobacteria）是一群格蘭氏陰性的微生物，生活在池塘裡。它們因為有光合色素，所以可以進行光合作用。與高等植物不同的是，藍綠菌可以生活在比較不那麼舒適的環境下。 最近這些年，藍綠菌變得比較熱門，主要是因為可以利用它們來製造生質能源。透過許多人的努力，也已經建立了一些可以轉殖以及製作突變藍綠菌的方法。 最近有一個研究，筆者推測研究團隊應該是對乙醯轉移酶（acetyltransferase）有興趣，但是卻誤打誤撞踩進光合作用的領域裡。 怎麼說呢？因為研究團隊是先用相似性搜尋，把藍綠菌Synechococcus sp. PCC 7002裡面的離胺酸乙醯轉移酶（KAT，lysine acetyltransferase）都找出來，然後再測試這些基因，看它們所產製的蛋白質有沒有KAT活性。 其中有一個，一開始被稱為A1596，不論在細胞裡或在試管裡，都有KAT的活性。於是他們就感興趣了，接著看看這個基因（被改名為cGNAT2，Gcn5-related N-acetyltransferase）到底會乙醯化什麼蛋白質。 序列分析發現藍綠菌裡面有548個蛋白質都可能會被它乙醯化。這麼多當然不可能全中，但是其中有一個基因是NAD(P)H dehydrogenase J（NdhJ）。 進一步的測試發現cGNAT2在細胞裡面也會乙醯化NdhJ。NdhJ在藍綠菌裡面負責許多功能，包括光合作用的電子傳遞（從水到NADP＋）與光呼吸作用，可能還參與了光保護作用（photoprotection）以及二氧化碳固定。研究團隊發現，當NdhJ被乙醯化（乙醯化的位置在第89個胺基酸「離胺酸」）以後，它的活性會下降。 那麼，如果沒有了cGNAT2，NdhJ就不能被乙醯化，會發生什麼事呢？ 研究團隊就把cGNAT2這個基因給砍掉了，然後來看看這樣的藍綠菌會怎麼樣。 結果發現，少了cGNAT2的藍綠菌長得慢，而且本來這個藍綠菌在提供光源又給外部碳源（如甘油）的狀況下可以長得蠻快，但是缺少了cGNAT2的藍綠菌，即使又有光又有甘油，它還是長得很慢。 所以，總而言之，這個離胺酸乙醯轉移酶cGNAT2與光合作用有關，而過去在研究高等植物的光合作用時，並沒有發現乙醯化這種轉譯後調控（pos...

  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