2008年6月29日 星期日

植物如何知道何時開花?

相信同學都知道有所謂的長日照(Long-day Plant, LDP) 跟短日照植物(Short-day Plant),如果對植物比較有興趣的同學,可能還知道,決定長日照、短日照植物是否要開花的機制,其實不是日照的長度,而是連續夜晚的長度。到底長日照、短日照是如何影響到植物,使植物決定要不要開花呢?

由George Coupland實驗室發表在今年四月的EMBO Journal上的一篇文章,為這個機制提供了更多的線索。

George Coupland實驗室發現,一個名為COP1的蛋白質,在黑暗中它可以促進另一個稱為CO(CONSTANS)的蛋白質的分解;而CO蛋白存在的時候,會促進許多與開花有關的基因的表現,其中一個被稱為FT (FLOWERING LOCUS T)。

最初Coupland他們注意到,對於擬南芥(Arabidopsis thaliana,為長日照植物)來說,缺少COP1的植物,對於光週期(photoperiod)是呈現不敏感的狀態,而且不論在長日照或短日照週期,缺少COP1的植物都會提早開花。而他們同時也注意到,在長日照狀況下CO蛋白質的表現量較在短日照狀況下要來得高且穩定,而且缺少COP1的植物CO蛋白質的表現量也會大大提高;因此他們決定去觀察是否因為缺少COP1造成了CO蛋白表現量上升,最後造成開花時間的提前。

過去的研究結果發現,在植物中CO的傳訊RNA(messenger RNA, mRNA)的量並不能忠實反應CO蛋白質的量,這可以由短日照狀況下的擬南芥中看到,雖然CO mRNA的量沒有變,但是卻偵測不到CO蛋白質。由於CO蛋白本身為一個transcription activator,也就是說,它可以藉由刺激某些特定基因的轉錄(transcription),來促進這些特定基因的表現;因此Coupland等人決定從這些基因中,選擇了觀察FT的表現作為觀察CO活性的證據。

最後,Coupland等人發現,COP1藉著影響CO蛋白質的表現,影響包括FT在內的開花基因的表現。而且,COP1應該是經由促進CO蛋白質的分解,使得FT等開花基因無法表現,來抑制開花;當缺乏COP1時,植物會因為無法分解CO蛋白,使得包括FT在內的開花基因都大量表現,造成提早開花的表徵。由於COP1主要是在黑暗週期中刺激CO蛋白分解,於是缺乏COP1的植物便無法感受到黑暗週期的變化,造成cop1突變株不論在何種光週期都提早開花的表徵。

而COP1是如何促進CO蛋白的分解呢?目前Coupland等人提供的證據顯示,COP1經由在CO蛋白上加上稱為宇元(ubiquitin)的蛋白質,使得CO蛋白被細胞中負責分解蛋白質的工廠26S proteasome分解。

有趣嗎?如果想更進一步知道細節,可以參考四月的EMBO Journal: Arabidopsis COP1 shapes the temporal pattern of CO accumulation conferring a photoperiodic flowering response. (EMBO J. 27(8): 1277-1288, 2008)

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