Only Perception: 照射研究揭露植物如何對光起反應

2007-11-26

照射研究揭露植物如何對光起反應

Illuminating Study Reveals How Plants Respond to Light
http://www.physorg.com/news115053032.html

November 23, 2007

我們大部分的人都會假定植物透過生長、開花及向光性來回應光，而且我們對於植物如何辦到這些事都未曾感到疑惑。但，植物每日對於光線的尋常反應卻是令人困惑地複雜，有很多已困擾科學家許久。

現在，我們對於「植物對光線的回應如何受到管控」的了解，一項新研究有了「值得矚目的進展」，Michael Mishkind 說，NSF 的計畫主任。這項研究由 NSF 贊助，將發表於 2007 11/23 該期的 Science 上。

透過對阿拉伯芥（Arabidopsis）-- 一種小型開花植物，廣泛地被當成一種生物模型 -- 進行的實驗，研究者發現，植物在黑暗中就準備對光線起反應，即便它曝光在之前。這種預備動作涉及到產生一對相關的蛋白質（被稱為 FHY3 與 FAR1），那會增加另一對相關蛋白質（被稱為 FHY1 與 FHL）的生產，那在先前的研究中就被確認是植物對光線起反應的關鍵參與者。

Haiyang Wang，是來自於 Boyce Thompson 植物研究研究所之研究團隊的成員之一表示，植物或許儲備這些需要在黑暗中對光起反應的蛋白質，就好像旅行者會在明天動身之前先把車輛的油箱灌飽一樣：以便在第一道曙光出現時，能夠出發而不受延遲。

對於一株已在黑暗中準備妥當的植物來說，它偵測且經由下列步驟對光起反應：

-- 位於植物細胞細胞質內的、被稱為 phytochrome A（光敏素 A）的感光色素蛋白能偵測到位於光譜末端的遠紅外線。

-- 光敏素 A 經由形狀的改變而活化，那能讓它與 FHY1 及 FHL 結合。

-- FHY1 與 FHL 結合到光敏素 A 之後，導致光敏素在細胞核中累積，或許是協助將光敏素 A 送入細胞核中。

-- 活化的光敏素 A 改變位於細胞核內的基因的活性，而那些基因統治植物發育與生長。

-- 基因表現所導致的結果，造就植物發展出對光線的回應，例如生長、開花向光性。

雖然這些步驟已在先前的研究中被確認，不過發現 FHY3 與 FAR1 如何控管植物對於光線增加的反應，在我們對於它們的了解上增添了重要的新

此外，研究者亦發現，光敏素 A 在細胞核中的累積以及 FHY3 和 FAR1 蛋白質之間有種負反饋圈（negative feedback loop）存在，那替植物的光反應系統預作準備：當光敏素 A 在細胞核內累積愈多時，FHY3 與 FAR1 的製造就會愈少，故有較少的光敏素 A 被送入細胞核中。"這種回饋圈權充一種內建的煞車，那限制泛濫的光反應，" Wang 說。

"我無法解釋為何大自然創造如此複雜的程序來觸發植物對於光線的反應，" Wang 嘆息著說。在此過程的複雜事物中，有一項是 FHY3 與 FAR1 蛋白質與某些移動式 DNA 成份，或所謂的「跳躍基因」，所產生的酵素之間的相似性。（跳躍基因之所以如此命名是因為它們能在細胞的基因編碼中不同的地點之間移動。）"當我們試著要確認蛋白質的分子功能時，這種相似性最初困惑了研究團隊，" Wang 說。

不過，FHY3 與 FAR1 蛋白質還有跳躍基因酵素之間的相似性，很可能代表偽裝中生物學上的庇佑（biological blessing in disguise）。何故？因為研究者現在相信他們已經打造出一個具有說服力的例子，即 FHY3 與 FAR1 很可能是從跳躍的遺傳物質演化而來。如果這些蛋白質真的這麼「玩」，那麼在演化中，這重要的一章，或許協助開花植物立足於地球上，Wang 說。

※ 相關報導：

＊ Transposase-Derived Transcription Factors Regulate Light Signaling in Arabidopsis
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/318/5854/1302

Rongcheng Lin, Lei Ding, Claudio Casola, Daniel R. Ripoll,
Cédric Feschotte, Haiyang Wang
Science 23 November 2007: Vol. 318. no. 5854, pp. 1302 - 1305
DOI: 10.1126/science.1146281