Only Perception: 生物學家發現植物時鐘缺失掉的一塊

2009-03-17

生物學家發現植物時鐘缺失掉的一塊

Biologists Discover Missing Piece of Plant Clock
http://www.physorg.com/news156087384.html

By Susan Brown Enlarge, March 12th, 2009

(PhysOrg.com) -- UCSD 生物學家確認一種關鍵蛋白，那連結了植物每日生物時鐘（daily biological clock）的早晨與傍晚成份。

他們的發現，詳述於 3/13 的 Science 中，解決一個存在已久的、與構成「控制植物時鐘」基礎之生化機制有關的難題，且能提供一種新方法來增加農業作物的生長與產量。

這項發現是一項大規模的第一個成果，那將所有稱之為轉錄因子的蛋白質組成一完整蛋白庫。在阿拉伯芥（Arabidopsis，一種常做為遺傳模型使用的植物）中這些轉錄因子負責調控基因。

科學家先前已在植物每日時鐘裡確認二種主要的回饋迴路（feedback loops） -- 一種在早晨偵測光線的開始，另一種在傍晚光線逐漸消逝時追蹤。

"建構一強健時鐘的最佳方式將會是連結這二種迴路，所以它們能彼此傳遞資訊，" Steve Kay 說，UCSD 生物科學分部（Division）的教務長，他的研究團隊贏得這項發現。"現在一種我們稱為 CHE 的蛋白質提供了那種連接。"

CHE，在近十年前首先被提到，已證明難以發現。植物中許多重要的功能都有多重備援系統，包括計時，這阻撓要確認個別分子或基因功能的努力。

"在植物中，有許多冗餘部份 -- 蛋白質也有類似情況，" Jose Pruneda-Paz，UCSD 一位博士後研究員，以及這項研究的第一作者。"在這個時鐘內，在許多冗餘之上，你有回饋迴路相互連接。所以，要擾亂此系統很難。"

如果該系統能夠補償它的損失，擾亂某一種蛋白，將無法揭露其功能，所以該團隊採用不一樣的方法。他們依據蛋白質結合 DNA 的能力（因此調控了基因）將其整理分類，並選出最有可能成為時鐘某一部份的候選者：在充足與不足之間循環的蛋白質。

在這些週期性蛋白中，僅有 CHE 專門附著到植物 DNA 的某一部份，那控制晨間迴路的關鍵性成份。進一步實驗證明，CHE 也與某種傍晚迴路蛋白結合，提供了遺失的環節。

"在我們對於植物時鐘的理解中，" Pruneda-Paz 等人 "解決了一大難題，" Dartmouth College 的生物學教授 C. Robertson McClung 在一篇伴隨此文章而來的評論中寫道。

愈來愈多證據指出，該時鐘為生長與開花時機（timing）功能的關鍵要素。最近由德州大學 Austin 分校的研究者在 Nature 期刊上所發表的一篇論文報告，一種改變過的時鐘促成了雜種優勢（hybrid vigor，譯註：即 heterosis），這暗示以時鐘基因為目標也許是增進作物生長的一種方法。"為了在田地中增加產量，那將成為一種提出合理的設計的方式，" Kay 說。

Kay 預期成長中的轉錄因子編目將在今年底完成超過 2000 筆，他說。"這對於在 UCSD 發展的植物科學社群而言，將會是一項重要的資源。"

※ 相關報導：

＊ A Functional Genomics Approach Reveals CHE as a Component of the Arabidopsis Circadian Clock
http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/323/5920/1481

Jose L. Pruneda-Paz, Ghislain Breton, Alessia Para,
Steve A. Kay
Science 13 March 2009: Vol. 323. no. 5920, pp. 1481 - 1485
DOI: 10.1126/science.1167206

＊ Altered circadian rhythms regulate growth vigour in hybrids and allopolyploids
http://www.nature.com/nature/journal/v457/n7227/abs/nature07523.html

Zhongfu Ni, Eun-Deok Kim, Misook Ha, Erika Lackey,
Jianxin Liu, Yirong Zhang, Qixin Sun & Z. Jeffrey Chen
Nature 457, 327-331 (15 January 2009)
doi: 10.1038/nature07523