老葉的植物王國

  UVR8。圖片來源： 維基百科 我們在學習生物的各種途徑時，為了學習方便，總是會把這些路徑畫成一條條互不相關的直線；其實，生物的路徑們與其說是直線，不如說更像一張大網！ 最近研究就發現，與ABA相關的ABI5以及與UVR8光受器相關的RUP們，它們可是說不明也道不清，超複雜的！ 看文章

  圖片取自 期刊 植物也怕曬！最近的研究發現，植物在感應到短波紫外光時，會合成特殊的防曬成分，來幫助它不要被曬傷喔！ 看文章

  圖片來源：Nature Communication 在我們周圍的自然界中，有一種看不見的光叫做短波紫外線（UV-B），它就像是太陽送給地球的一份禮物，但這份禮物並不全是好處。對於植物來說，短波紫外線既有害又有益。想像一下，如果你在炎熱的夏天長時間暴露在太陽下，你的皮膚可能會曬傷，植物也會遇到類似的問題。為了保護自己不受短波紫外線的傷害，植物進化出了一種特殊的能力，它們有一種特殊的感應器叫做UVR8，可以感知短波紫外線的存在。 你可以把UVR8想像成植物體內的一位守門員，當短波紫外線到來時，守門員UVR8就會立刻察覺到，然後通知植物的身體做出反應（合成類黃酮）來保護自己。在平時，這個守門員是成對出現的，就像是兩個好朋友手牽手站在一起。但是當短波紫外線來襲時，這對好朋友就會分開，各自去完成它們的任務。 分開後的UVR8守門員會跑到植物的「指揮中心」——細胞核，去和其他的工作人員（蛋白質）合作，告訴植物的身體要怎麼做來抵抗短波紫外線的傷害。這個過程涉及很多複雜的步驟，就像是開啟了一連串的開關，最終促使植物產生一種特殊的化學物質——類黃酮，來吸收短波紫外線，保護植物不受傷害。 科學家為了更好地理解UVR8守門員是如何工作的，進行了許多實驗。他們用短波紫外線照射植物，觀察UVR8如何反應；用特殊的技術改變UVR8的一部分，看看這會如何影響它的工作；還研究了UVR8和其他工作人員（蛋白質）之間是如何合作的。這些實驗幫助科學家們揭示了UVR8保護植物免受短波紫外線傷害的精妙機制。 其中一個有趣的發現是，當UVR8感知到短波紫外線的時候，它會在自己的第402個胺基酸發生磷酸化，這個變化讓UVR8能夠更好地和其他工作人員合作，強化植物的防禦系統。這就像是守門員換上了一套更合適的裝備，使他能夠更有效地完成任務。 這項研究不僅讓我們對植物如何保護自己免受短波紫外線傷害有了更深的理解，還顯示了植物體內發生的這些過程如何影響我們食用的農作物。類黃酮不僅能保護植物，還是對人體有益的營養成分，這意味著通過理解並利用這些過程，我們可以培育出更健康、更有營養的作物。 最後，這項研究還和其他幾種植物感應光的方式有所連結。就像植物用不同的感光器來感應不同類型的光（比如紅光、藍光）一樣，UVR8也是植物用來感應和反應於短波紫外線的一種方式。這讓我們更加欣賞到自然界的奇妙和植物生命...

圖片來源：Nature Communication   光並不是對植物全然有益無害的，UV-B輻射（UV-B）對植物就是害處多於益處。因此，植物也有可以感受UV-B輻射的光受器，稱為UVR8。 過去的研究發現，UVR8蛋白在無UV-B輻射時以雙聚體形式存在。當UV-B輻射被UVR-8的色胺酸吸收後，促使UVR8雙聚體解離，形成單體，啟動信息傳導。UVR8的一小部分在UV-B照射後迅速累積於細胞核中，透過與其他蛋白質的互動調節基因表現。這些互動與UVR8 C端的27個胺基酸區域有關。UVR8單體與E3泛素連接酶成員COP1和SPA蛋白結合，穩定了HY5轉錄因子，調控多個基因的轉錄，進而調控UVR8主導的反應。此外，UVR8還與多個轉錄因子互動，影響它們與目標基因啟動子的結合，對UV-B反應進行正向調控，最後導致類黃酮分子的合成，來保護植物免於受到UV-B輻射的傷害。 為了進一步瞭解UVR8，研究團隊進行了幾項關鍵實驗來研究UVR8的功能和調控機制。首先，透過紫外線B (UV-B) 照射實驗來觀察UVR8在植物中的活性變化。其次，利用點突變技術，特別是在Serine 402位點上，來研究磷酸化如何影響UVR8的功能。再來，透過與RUP蛋白結合的實驗來了解UVR8如何被負面調控。最後，通過測量類黃酮合成來探索UVR8對植物抵抗UV-B輻射能力的影響。這些實驗共同揭示了UVR8如何在植物對UV-B輻射的反應中扮演關鍵角色。 研究團隊發現，UV-B 刺激會促使 UVR8 在 Serine 402 位置進行磷酸化，並進一步探討這種磷酸化對 UVR8 與其他蛋白質的結合和活性的影響。透過表達GFP-UVR8的阿拉伯芥幼苗進行放射性同位素標記，研究團隊觀察到GFP-UVR8的磷酸化在UV-B照射下增加。同時，因為控制組中只表現GFP的幼苗未觀察到標記，顯示這種磷酸化是專屬於UVR8的。 接著，研究團隊以質譜分析識別出 UVR8 的主要磷酸化位點在Serine 402 (S402)。進一步的分析發現，磷酸化的 S402 會影響 UVR8 與其他蛋白質的結合，特別是 RUP 蛋白質 。RUP 蛋白質是 UVR8 的負調控因子，可以促進 UVR8 單體的重聚，限制 UVR8 的活性。 研究團隊透過比較表現非磷酸化突變體GFP-UVR8S402A和模擬磷酸化突變體GFP...

  UVR8受器結構。圖片來源： 維基百科 因為植物是「光合自營生物」，所以能夠偵測光對植物是很重要的能力。這麼重要的能力，當然不能只交給一個蛋白質來負責。另外，因為光的波長從紫外光到紅外光，涵蓋的範圍甚廣，所以要用一個蛋白質來偵測所有的波長也有難度。 以阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）為例，過去已知就有負責偵測藍光與長波紫外光（UV-A）的隱花色素（cryptochrome）與向光素（phototropin）、紅光與紅外光的光敏素（phytochrome）。至於負責感應短波紫外光（UV-B）的光受器，由於不易與植物被短波紫外光照射後的受傷反應作區別，因此直到21世紀初（2002年）才從阿拉伯芥中分離出來一個對短波紫外光過度敏感的突變株UVR8，並發現它是一個光受器。 近年來的研究發現，UVR8在不活化狀態時為雙體（dimer），吸收短波UV後會變為單體（monomer），接著便會與COP1這個E3泛素連接酶（E3 ubiquitin ligase）進行互動，造成基因表現的改變，產生對短波紫外光的反應。活化的UVR8接著會在RUP2蛋白的協助下，緩慢地回到雙體的狀態而失去活性。 最近的研究，發現了一個UVR8的突變，可使這個蛋白質維持在活化態。突變的位置位於第101個胺基酸，原來是甘胺酸（glycine），當它突變為絲胺酸（serine）後，突變的UVR8在細胞中主要的型態為單體，在接收短波紫外光後也不易回復為雙體。 研究團隊發現，當他們在植物中過量表達突變種的UVR8時，植物會呈現一直看到光的狀態。當研究團隊把先前發現的另一個突變（第285個胺基酸由色胺酸[tryptophan]變為丙胺酸[alanine]）一起加入後，這個雙突變UVR8會使植物呈現強烈的一直看到光的表現型。 這個研究，讓我們更進一步瞭解UVR8這個光受器如何運作。 參考文獻： A constitutively monomeric UVR8 photoreceptor confers enhanced UV-B photomorphogenesis Roman Podolec, Kelvin Lau, Timothée B. Wagnon, Michael Hothorn, Roman Ulm Proceedings of the National Academy ...