豆科植物的奇妙根週期

更新於 發佈於 閱讀時間約 3 分鐘

豆科植物,如大豆、綠豆等,在缺氮時,根部會分泌類黃酮素來召喚根瘤菌。當根瘤菌開始感染植物根部時,根的表皮細胞會形成所謂的感染絲(infection thread),根瘤菌由此進入植物根部皮層細胞,造成根部皮層細胞開始增生、形成根瘤。


過去的研究已經發現,根瘤菌主要感染的是所謂的「敏感區」(susceptible region),這個區域正好在根尖的後面,有非常多的根毛形成。


有趣的是,早在1984年,就有科學家注意到,根瘤不是均勻地分布在整個根系上,而是呈規律間隔分布。到底為什麼這樣呢?有些科學家認為,這樣植物才不會長太多根瘤,造成自己的負擔。


但是,隨著越來越多的研究發現,我們現在已經知道,植物在長出根瘤後,會送出信號回饋給植物,讓植物得以控制根瘤的數量;而植物在有根瘤的狀況下,如果土壤的氮含量忽然變得充足,也會「砍」掉一些根瘤


所以,到底根瘤的規律間隔分布,是怎麼一回事呢?


最近的研究發現,阿拉伯芥有所謂的「根時鐘」:它的根會規律地表現基因,對側根的形成產生影響。有意思的是,阿拉伯芥的「根時鐘」的一些成員,與根瘤形成有關。


這使得研究團隊非常感興趣。於是他們開始看百脈根(Lotus japonicus)的根瘤相關基因。


結果發現,與根瘤形成相關的基因NIN以及NSP1,在給植物接種了根瘤菌之後,都呈現了週期性表現的狀況,而週期大約是6小時。進一步的分析顯示,其他與根瘤形成相關的基因,如Nod因子受器基因NFR1NFR5也有相同的現象。事實上,總共有859個基因在接種根瘤菌之後,出現週期性表現,包括了位於NIN下游的基因以及細胞分裂素合成、分解以及信息傳導相關的基因等等。


從過去的研究成果,已知細胞分裂素對根瘤形成有抑制效果,所以研究團隊接著看細胞分裂素相關基因對這個週期是否會產生影響。


結果發現,當植物因為缺乏細胞分裂素受器LHK1,而無法感應細胞分裂素時,NSP1的表現週期延長、振幅變小;而當研究團隊放入一個過度活化的LHK1時,NSP1的表現週期就完全被抑制了。這意味著,細胞分裂素對這些根瘤相關基因的週期也存在著調節作用。當研究團隊以細胞分裂素處理根部時,他們發現NSP1NIN的表現會被抑制。


研究團隊發現,在這些基因表現的最多的根部區域,也是最容易讓根瘤菌感染的區域,在那個區域當然也可以看到最多的根瘤。由於根不斷生長,如果考慮根部生長的速度,就會發現兩個相鄰的有根瘤的區域的長度,剛好是根在6個小時內可以長的長度。

所以,他們發現百脈根也有根時鐘,但是這個根時鐘與阿拉伯芥的不同。阿拉伯芥的根時鐘與側根形成相關,但是百脈根的根時鐘卻是和根瘤有關。至於為什麼要有這個根週期?目前還沒有答案,有待大家去努力尋找了!


參考文獻:


Takashi Soyano, Akira Akamatsu, Naoya Takeda, Masaaki K. Watahiki, Tatsuaki Goh, Nao Okuma, Norio Suganuma, Mikiko Kojima, Yumiko Takebayashi, Hitoshi Sakakibara, Keiji Nakajima, Masayoshi Kawaguchi. Periodic cytokinin responses in Lotus japonicus rhizobium infection and nodule development. Science, 2024; 385 (6706): 288 DOI: 10.1126/science.adk5589


留言
avatar-img
留言分享你的想法!
❦ 莊小昕-avatar-img
2024/07/21
謝謝老師分享!根時鐘的概念很有趣!以此類推,會不會也有葉時鐘?花時鐘?
avatar-img
老葉報報
218會員
714內容數
主要介紹關於植物的新資訊,但是也會介紹一些其他的。 版主在大學教植物生理學,也教過生物化學。 如有推薦書籍需求,請e-mail:susanyeh816@gmail.com
老葉報報的其他內容
2025/04/29
大麥曾經是人類重要的糧食之一,雖然現在食用的人並不多,但依然是重要的動物飼料原料與釀造作物之一。因此,大麥的產量當然重要。 大麥的產量由它的花序,也就是我們熟悉的麥穗來決定。有趣的是,科學家發現大麥花序的形態,其實是由一套名叫CLAVATA訊息傳遞系統負責的喔!
Thumbnail
2025/04/29
大麥曾經是人類重要的糧食之一,雖然現在食用的人並不多,但依然是重要的動物飼料原料與釀造作物之一。因此,大麥的產量當然重要。 大麥的產量由它的花序,也就是我們熟悉的麥穗來決定。有趣的是,科學家發現大麥花序的形態,其實是由一套名叫CLAVATA訊息傳遞系統負責的喔!
Thumbnail
2025/04/29
提到歷史上的群眾狂熱,大家很難不去想到發生在十七世紀的「鬱金香熱」。當時不知道為何,鬱金香的球莖忽然身價百倍,大家瘋了似地搶購,但是除了少數真正的園藝愛好者之外,絕大部分的民眾都只是把它當作投資。 當時最熱門的,是這種有條紋的鬱金香;後來知道,這種鬱金香是被病毒感染。 但是,為何病毒感染會製造圖案?
Thumbnail
2025/04/29
提到歷史上的群眾狂熱,大家很難不去想到發生在十七世紀的「鬱金香熱」。當時不知道為何,鬱金香的球莖忽然身價百倍,大家瘋了似地搶購,但是除了少數真正的園藝愛好者之外,絕大部分的民眾都只是把它當作投資。 當時最熱門的,是這種有條紋的鬱金香;後來知道,這種鬱金香是被病毒感染。 但是,為何病毒感染會製造圖案?
Thumbnail
2025/04/28
植物進行光合作用時,主要使用可見光。傳統上,科學家認為超過700奈米的長波光(也就是所謂的「紅外光」)能量太低,無法推動植物光合作用中的關鍵氧化還原反應。因此,「700奈米」被視為光合作用的紅色極限(red limit)。 不過,最近科學家們在藍綠菌中找到了突破點!
Thumbnail
2025/04/28
植物進行光合作用時,主要使用可見光。傳統上,科學家認為超過700奈米的長波光(也就是所謂的「紅外光」)能量太低,無法推動植物光合作用中的關鍵氧化還原反應。因此,「700奈米」被視為光合作用的紅色極限(red limit)。 不過,最近科學家們在藍綠菌中找到了突破點!
Thumbnail
看更多
你可能也想看
Thumbnail
每年4月、5月都是最多稅要繳的月份,當然大部份的人都是有機會繳到「綜合所得稅」,只是相當相當多人還不知道,原來繳給政府的稅!可以透過一些有活動的銀行信用卡或電子支付來繳,從繳費中賺一點點小確幸!就是賺個1%~2%大家也是很開心的,因為你們把沒回饋變成有回饋,就是用卡的最高境界 所得稅線上申報
Thumbnail
每年4月、5月都是最多稅要繳的月份,當然大部份的人都是有機會繳到「綜合所得稅」,只是相當相當多人還不知道,原來繳給政府的稅!可以透過一些有活動的銀行信用卡或電子支付來繳,從繳費中賺一點點小確幸!就是賺個1%~2%大家也是很開心的,因為你們把沒回饋變成有回饋,就是用卡的最高境界 所得稅線上申報
Thumbnail
全球科技產業的焦點,AKA 全村的希望 NVIDIA,於五月底正式發布了他們在今年 2025 第一季的財報 (輝達內部財務年度為 2026 Q1,實際日曆期間為今年二到四月),交出了打敗了市場預期的成績單。然而,在銷售持續高速成長的同時,川普政府加大對於中國的晶片管制......
Thumbnail
全球科技產業的焦點,AKA 全村的希望 NVIDIA,於五月底正式發布了他們在今年 2025 第一季的財報 (輝達內部財務年度為 2026 Q1,實際日曆期間為今年二到四月),交出了打敗了市場預期的成績單。然而,在銷售持續高速成長的同時,川普政府加大對於中國的晶片管制......
Thumbnail
重點摘要: 6 月繼續維持基準利率不變,強調維持高利率主因為關稅 點陣圖表現略為鷹派,收斂 2026、2027 年降息預期 SEP 連續 2 季下修 GDP、上修通膨預測值 --- 1.繼續維持利率不變,強調需要維持高利率是因為關稅: 聯準會 (Fed) 召開 6 月利率會議
Thumbnail
重點摘要: 6 月繼續維持基準利率不變,強調維持高利率主因為關稅 點陣圖表現略為鷹派,收斂 2026、2027 年降息預期 SEP 連續 2 季下修 GDP、上修通膨預測值 --- 1.繼續維持利率不變,強調需要維持高利率是因為關稅: 聯準會 (Fed) 召開 6 月利率會議
Thumbnail
豆科植物會透過與根瘤菌合作來固氮,這是數百年前就已經知道的事實了;但是這兩種生物是如何進行互動,到現在還是不能完全明白。 許多賀爾蒙都與根瘤發育有關,最近劍橋大學的研究團隊,使用了新技術,觀察吉貝素對根瘤發育的影響。
Thumbnail
豆科植物會透過與根瘤菌合作來固氮,這是數百年前就已經知道的事實了;但是這兩種生物是如何進行互動,到現在還是不能完全明白。 許多賀爾蒙都與根瘤發育有關,最近劍橋大學的研究團隊,使用了新技術,觀察吉貝素對根瘤發育的影響。
Thumbnail
小黃瓜種植紀錄 ・初始狀態:種苗店購買的幼苗 ・種植數量:8株 ・成長週期:約3個月(3月的第3週~6月的第3週) ・收成時間:種下約1.5個後月開始收成 ・栽培特別注意事項:需搭建瓜架,不時將迷失的瓜藤固定到架上。最初的五片葉子、側芽和沒有順利結果的花芽需要摘除。
Thumbnail
小黃瓜種植紀錄 ・初始狀態:種苗店購買的幼苗 ・種植數量:8株 ・成長週期:約3個月(3月的第3週~6月的第3週) ・收成時間:種下約1.5個後月開始收成 ・栽培特別注意事項:需搭建瓜架,不時將迷失的瓜藤固定到架上。最初的五片葉子、側芽和沒有順利結果的花芽需要摘除。
Thumbnail
豆科植物,如大豆、綠豆等,在缺氮時,根部會分泌類黃酮素來召喚根瘤菌,形成根瘤,幫忙植物獲取氮素。 在1984年,科學家注意到,根瘤不是均勻分布在根上,而是有規律的間隔。為什麼會這樣呢?最近的研究有了答案!
Thumbnail
豆科植物,如大豆、綠豆等,在缺氮時,根部會分泌類黃酮素來召喚根瘤菌,形成根瘤,幫忙植物獲取氮素。 在1984年,科學家注意到,根瘤不是均勻分布在根上,而是有規律的間隔。為什麼會這樣呢?最近的研究有了答案!
Thumbnail
有些植物(如豆科)會與土壤中的細菌(如根瘤菌)形成根瘤(nodule)來幫助植物獲取氮。雖然根瘤可以供應植物氮素,但是要形成與維持根瘤植物也要消耗自己的養分,因此,保持適當數目的根瘤是很重要的。最近的一個研究,又發現了更多關於植物如何維持適當數目根瘤的機制。
Thumbnail
有些植物(如豆科)會與土壤中的細菌(如根瘤菌)形成根瘤(nodule)來幫助植物獲取氮。雖然根瘤可以供應植物氮素,但是要形成與維持根瘤植物也要消耗自己的養分,因此,保持適當數目的根瘤是很重要的。最近的一個研究,又發現了更多關於植物如何維持適當數目根瘤的機制。
Thumbnail
六月芒種節氣,「 安苗」任務跟著指令「走節氣」的意識。 看著種子發芽的孩子們,應該很開心吧~ 而看著孩子很開心的爸爸媽媽,一定更開心。 在節氣任務裏,挑戰了許多行動。 走出門買豆苗,準備容器把豆苗種下去, 看似簡單,不過就是個種綠豆, 但這行動是生活中多出來的小事, 要做小事,得要有特
Thumbnail
六月芒種節氣,「 安苗」任務跟著指令「走節氣」的意識。 看著種子發芽的孩子們,應該很開心吧~ 而看著孩子很開心的爸爸媽媽,一定更開心。 在節氣任務裏,挑戰了許多行動。 走出門買豆苗,準備容器把豆苗種下去, 看似簡單,不過就是個種綠豆, 但這行動是生活中多出來的小事, 要做小事,得要有特
Thumbnail
我真是看樹到了一個著迷的地步。 從樹幹的粗細,以及樹皮的濕潤程度,來推想這棵樹可能經歷了哪些氣候。再往上看看樹幹上有沒有攀附藤蔓植物,這通常發生在較粗壯的樹身上,但究竟是什麼原因讓某些樹受到藤蔓植物的青睞,我並沒參透。 之前聽一個廣播節目,介紹一個職業,叫做樹醫生,她說某些樹會分泌酵素來抵禦有害
Thumbnail
我真是看樹到了一個著迷的地步。 從樹幹的粗細,以及樹皮的濕潤程度,來推想這棵樹可能經歷了哪些氣候。再往上看看樹幹上有沒有攀附藤蔓植物,這通常發生在較粗壯的樹身上,但究竟是什麼原因讓某些樹受到藤蔓植物的青睞,我並沒參透。 之前聽一個廣播節目,介紹一個職業,叫做樹醫生,她說某些樹會分泌酵素來抵禦有害
Thumbnail
孩子們發現我們種植的豆苗葉子的顏色好像有點白白的?還有的 被咬了一口,就此開始了彼此的討論。 幼兒:「老師~這裡的葉子被咬一口了!」、「蝸牛咬的啦!」 老師:「是喔!你怎麼知道?你們還有發現其他的事情嗎?」 幼兒:「葉子上面還有白白的!」 老師:「那怎麼辦?」 幼兒:「可能是需要把盆栽
Thumbnail
孩子們發現我們種植的豆苗葉子的顏色好像有點白白的?還有的 被咬了一口,就此開始了彼此的討論。 幼兒:「老師~這裡的葉子被咬一口了!」、「蝸牛咬的啦!」 老師:「是喔!你怎麼知道?你們還有發現其他的事情嗎?」 幼兒:「葉子上面還有白白的!」 老師:「那怎麼辦?」 幼兒:「可能是需要把盆栽
Thumbnail
塊根植物是多肉植物的一個類群,涵蓋非常多種植物。不同於大部分的多肉植物觀賞的是葉或花,人們觀賞塊根植物特化的莖或根。 說到塊根(莖),其實並不陌生,地瓜就是人們常食用的塊根;馬鈴薯、芋頭、山藥則是塊莖。塊根或塊莖是植物的根莖因養分及水分的蓄積,呈現膨大、肉質化。 塊根植物的觀賞價值在於,隨著不同
Thumbnail
塊根植物是多肉植物的一個類群,涵蓋非常多種植物。不同於大部分的多肉植物觀賞的是葉或花,人們觀賞塊根植物特化的莖或根。 說到塊根(莖),其實並不陌生,地瓜就是人們常食用的塊根;馬鈴薯、芋頭、山藥則是塊莖。塊根或塊莖是植物的根莖因養分及水分的蓄積,呈現膨大、肉質化。 塊根植物的觀賞價值在於,隨著不同
Thumbnail
phragmites sp. Magnoliophyta 被子植物門      Magnoliopsida  雙子葉植物綱          Fabales 豆目            Fabaceae(Leguminosae) 豆科                 Parvilegum
Thumbnail
phragmites sp. Magnoliophyta 被子植物門      Magnoliopsida  雙子葉植物綱          Fabales 豆目            Fabaceae(Leguminosae) 豆科                 Parvilegum
追蹤感興趣的內容從 Google News 追蹤更多 vocus 的最新精選內容追蹤 Google News