老葉的植物王國

  圖片來源： 維基百科 都市人如你我，買玉米通常都是剝好的，只要清洗切段就可以下鍋，從來不會去想到玉米外面還有所謂的穗包葉（husk）。 但是有一次我買了在地農友的有機玉米筍，結果發現穗包葉超多的，讓我有一種感覺就是我其實是花錢買了穗包葉，裡面的玉米筍是贈品！ 剝除那些穗包葉其實沒有很麻煩，但是買三斤玉米筍卻得到兩斤的穗包葉，真的也是覺得很無奈。有沒有什麼辦法可以減少穗包葉的數量呢？ 最近中國的一個研究，還真的改變了玉米的穗包葉的數量，只不過他們讓穗包葉增加，而不是減少。 研究團隊發現了一個稱為 ZMET2 的基因。這個基因是一個甲基轉移酶（methyltransferase），它在玉米中主要是負責調節CHG和CHH序列的甲基化，而且這種調節作用是基因特異性的。 CHG和CHH序列指的是DNA中的特定核苷酸序列，其中"H"代表除了G（鳥嘌呤）以外的任何核苷酸（A、T或C）。DNA甲基化是一種表觀遺傳機制，涉及到在DNA分子的特定位置添加甲基化基團，這對基因表達有重要的調控作用。 在植物中，CHG序列可以代表三種可能的組合：CAG、CTG或CCG。對植物來說，CHG甲基化是維持基因沉默和轉座子（移動DNA序列）穩定的重要機制。 而CHH序列就比較複雜了，它包括CAA、CAT、CAC、CTA、CTT、CTC、CCA、CCT和CCC等多種可能的組合。CHH甲基化在植物中同樣重要，尤其是在胚胎發育和種子成熟過程中調控基因表達和轉座子的活性。 這兩種甲基化模式在植物的基因沉默、基因表達調控、以及對環境條件的適應過程中扮演著關鍵角色。它們是植物基因組動態調控的重要部分，影響植物的發育、進化以及對環境壓力的反應。 研究團隊發現，在 ZMET2 基因3'非轉錄區的一個多態性10-bp插入/缺失變異，造成這個基因的表現量降低。透過對 zmet2-1 突變體和野生型植物的全基因組雙硫酸鹽序列分析（WGBS），他們發現在 zmet2-1 突變體中，CHG和CHH（但不是CG）的甲基化水平顯著降低，進一步確認了 ZMET2 對CHG和CHH甲基化的特異性需求。 進一步的分析發現了 ZMET2 主導的CHG和CHH甲基化在細微尺度上的調控，透過識別差異甲基化區域（DMRs），在突變株相對於野生型植物中，發現了大量的低甲基化CHG DMRs（...

  圖片來源： 維基百科 之前我們曾經提到過 異質優勢（heterosis） 。異質優勢是指雜交後代相比其父本展現出更好的生長能力、產量、抗性等特性。關於異質優勢有許多理論，但是究竟是哪個理論為真其實也未有定論。 但是雜交的時候究竟對植物產生了什麼影響？除了染色體的大交換之外，有沒有其他基因層面的事件在雜交過程中發生？在最近的研究裡，研究團隊研究了玉米（ Zea mays ）在雜交過程中DNA甲基化的跨染色體互動。研究團隊主要關注CHH甲基化，這是一種在植物DNA甲基化中常見的非對稱甲基化形式。 CHH甲基化是一種在植物DNA甲基化中常見的非對稱甲基化形式。它指得是甲基（-CH 3 ）被添加到DNA序列中的胞嘧啶（C）上，而胞嘧啶後面緊跟著的是非胞嘧啶核苷酸（即H，代表A、T或G）。這種甲基化模式在植物的基因表達調控和基因體穩定性中扮演著重要角色。在CHH甲基化中，甲基化的胞嘧啶不是對稱的，這意味著它們在DNA的兩條互補鏈上並不對應。這種非對稱的甲基化對於維持特定的基因沉默狀態特別重要。 研究團隊比較了F1雜交種和其父本、野生型及回交後代的DNA甲基化狀態。研究結果顯示，雜交觸發了全面性的跨染色體甲基化（TCM）和跨染色體去甲基化（TCdM）變化，特別是在CHH甲基化上。此外，研究團隊還探討了 Mop1 基因突變對這些甲基化改變的影響，發現 Mop1 在啟動CHH甲基化的新表觀遺傳狀態中並不是必需的。這項研究對於理解植物基因组中甲基化模式的變化以及它們如何在雜交中被維持和傳遞提供了新的見解。 Mop1 基因（也稱為 RMR6 ）在植物中的主要功能是參與RNA干擾（RNAi）途徑，特别是在轉位子（TEs）的沉默和調控中有重要作用。透過參與這個途徑， Mop1 基因有助於維持基因體的穩定性和調節基因表現。它透過RNA依賴的RNA聚合酶（RdRP）的活性來執行这些功能，影響小RNA的產生，這些小RNA對於調控TEs的活性和DNA甲基化模式非常重要。因此， Mop1 基因對植物的表觀遺傳調控和基因體完整性具有重要影響。 當 Mop1 基因發生突變時，它可能影響RNAi途徑的正常功能，從而對DNA甲基化模式產生影響。這可能導致基因表現的變化，影響植物的生長發育和對環境的反應。總而言之， Mop1 基因的突變可能會對植物的表觀遺傳調控產生顯著影響。...

  圖片作者：ChatGPT CRY2（CRYTOCHROME 2）是一種植物藍光受器，在植物對光環境的感知和反應中扮演著重要角色。 CRY2能夠感應藍光的存在並在植物細胞內傳達光信號。它包含兩個主要區域，一個是光敏色素同源區（PHR），負責光的感應；另一個是CRY C-terminal Extension（CCE），在與其他蛋白質的交互作用中扮演重要角色。 在光照條件下，CRY2會被活化，進而影響植物的多種生理過程，包括但不限於葉綠素的合成、開花時間的調控、光週期感應和生長發育。 CRY2活化後能與其他蛋白質進行互動，影響這些蛋白質的功能，從而在植物對光照的反應中發揮核心作用。 總而言之，CRY2是植物光感應系統的一個重要組成部分，對於植物適應光環境變化和正常生長發育具有關鍵作用。 最近的一項研究主要關注了CRY2、SPA1和FIO1這三種蛋白質在阿拉伯芥（ Arabidopsis thaliana ）中的相互作用，特別是在光照條件下這些蛋白質如何影響植物的葉綠素平衡和mRNA的甲基化。 研究團隊發現，作為光受器的CRY2在光照下被活化，並與SPA1和FIO1形成三分子凝聚體。這種互動對植物對光線的反應非常重要，包括影響葉綠素的合成。當研究團隊使用CRY2D387A（對光不敏感的CRY2突變體，其第387個胺基酸發生突變）時，它不會像正常的CRY2那樣在光照下形成凝聚體，顯示這三者的互動需要CRY2被光活化。 SPA1與CRY2會一起調節光依賴的mRNA甲基化。當缺少SPA基因時，如 spa123 和 spa134 突變體，植物顯示出低葉綠素性狀，顯示SPA基因在維持葉綠素平衡中非常重要。此外，這些突變株在藍光引起的mRNA甲基化方面也表現出受損，顯示SPA基因對於光感應下的mRNA甲基化過程的重要性。因此，當缺少SPA基因時，植物的葉綠素合成和mRNA甲基化過程可能受到影響，導致植物顏色變淡。 FIO1是一種mRNA甲基轉移酶，與CRY2的CCE區域發生互動。當CRY2活化後，它會與FIO1互動並將其活化。被活化的FIO1促進了特定mRNA（尤其是它們的3′非轉譯區）的m6A甲基化，使葉綠素的合成增加和其他光依賴過程活化。 總之，這項研究顯示了植物如何在分子層面上回應光環境的變化，特別是在調節葉綠素合成和基因表達方面...