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)

2008年6月23日 星期一

兩千年前的棗子

還記得那一千三百年前的蓮子嗎?如果一千三百年前的蓮子發芽是一種奇蹟,6月13日登載「科學」雜誌上面的棗子,就更加的不可思議了。

話說這些棗子是在1963-1965年之間,在以色列南方的Masada要塞裡發現的,當時他們僅把種子給留下來,並沒有進行其他的研究,直到2005年,由Sarah Sallon等人從這批種子裡面拿出五顆,並鑑定為棗子(Phoenix dactylifera L.)後,開始進行研究。

首先他們拿了兩個種子去進行carbon dating(也就是,利用碳十四的半衰期來鑑定這個有機物是在何時產生的),發現他們大約是公元前(BCE, before the Common Era 的縮寫)155年到公元後64年之間產生的種子。剩下的三顆種下去之後,只有一棵發芽(八週)。雖然一開始長出來的葉片有些白斑,但在生長了26個月之後,這棵兩千年前的棗子大致上來說,發育狀況跟現今的棗子差不多。

根據歷史記載,棗子大約在五千年前就已經成為農作物,而由於棗子的繁殖是利用off-shoot (側苗,我不是很確定中文名稱),因此基因的變異應該不會很大;他們將這棵兩千年前的棗子的DNA取出進行RAPD(random amplified polymorphic DNA)分析,發現它跟摩洛哥種的棗子相差最多,而與伊拉克和埃及種的棗子較相近。
相關的資料,請見6月13日的「科學」雜誌:Germination, Genetics, and Growth of an Ancient Date Seed, Vol. 320, p1464。