植物也怕曬:科學家發現植物的獨特防曬機制

更新於 發佈於 閱讀時間約 3 分鐘

短波紫外光(UV-B)不只是會讓我們曬黑,對植物來說,UV-B也會對它們造成嚴重的傷害。這意味著,植物也需要感應UV-B並做出適當的反應。


相對於光敏素、隱花色素、向光素等光受器,由於植物也很容易被UV-B曬傷,所以要區別植物到底是「看到」UV-B還是被曬傷了並不容易。也因此,直到2002年才找到負責感應UV-B的光受器:UVR8


最近的研究發現,UVR8可以在感應到UV-B時啟動一個酚類合成酶基因FAH1,然後植物就可以合成更多的芥子酸(sinapate)。他們怎麼會發現FAH1UVR8有關呢?原來是因為在1995年的研究發現,缺少FAH1的突變株對UV-B更敏感。


研究團隊發現,FAH1的表現與許多基因相關。首先,如果UVR8發生突變,FAH1的表現就會完全受到抑制;而在可以增強UVR8信號的rup1rup2雙突變株和能維持在單體狀態的uvr8突變株(UVR8在活化態是單體)中,FAH1的表現量更高。這些都意味著UVR8FAH1的表現非常關鍵。


而且,其他與光感應相關的基因,如HY5HYH,對FAH1能否表現也非常重要。當這兩個基因其中之一發生突變時,FAH1就比較不能被UV-B召喚出來;若這兩個基因都失去功能,則照射UV-B就無法讓FAH1表現更多了。


不只是UVR8可以控制FAH1的表現,研究團隊發現,PHYB(光敏素B,主導紅光的感應)與CRY1(隱花色素1,主導藍光的感應)也可以讓FAH1表現量上升。在它們失去功能的突變株中,白光對提升FAH1表現的能力變弱了。在缺少三個光受器(uvr8cry1phyB)的突變株中,FAH1的表現幾乎完全被抑制。


說了這麼多,芥子酸到底對植物有什麼重要性呢?


研究團隊發現,芥子酸對於保護植物免於曬傷這方面,比類黃酮素還重要。他們比較了野生種、fah1tt4(CHS基因突變,無法合成類黃酮素)、fah1tt4這四種植物,發現在相同的UV-B條件下,fah1受到比tt4更嚴重的曬傷,而tt4則對於UV-B有類似野生種的反應。至於fah1tt4雙突變株則與fah1的反應類似。只要缺少fah1的植株,就會因為曬傷而造成光合作用能力下降。


所以,透過研究FAH1,我們進一步了解到UVR8在保護植物免於受到UV-B傷害上的新角色。當植物的UVR8感應到UV-B時,就會讓FAH1表現更多,這使得植物可以合成更多的芥子酸,幫助植物抵抗UV-B帶來的傷害。


參考文獻:

Manuela Leonardelli, Nicolas Tissot, Roman Podolec, Florence Ares-Orpel, Gaétan Glauser, Roman Ulm, Emilie Demarsy, Photoreceptor-induced sinapate synthesis contributes to photoprotection in Arabidopsis, Plant Physiology, 2024;, kiae352, https://doi.org/10.1093/plphys/kiae352


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