發現葉綠體發育關鍵基因

更新於 發佈於 閱讀時間約 5 分鐘

對絕大部分的植物來說,進行光合作用是最重要的事,而要進行光合作用就需要葉綠體(chloroplast)。所以,葉綠體能不能正常發育,對植物非常重要。


過去的研究發現一個稱為GLKGOLDEN2-LIKE)的基因,它是一個轉錄因子(transcription factor)。從苔蘚到被子植物中,都可以找到GLK;在大多數被子植物中都有兩個GLK。缺少它們的植物呈現淡綠色、葉綠體發育不完全、內部的類囊體出現結構異常。分子層面的研究發現,GLK調控與葉綠素生合成、光系統I、II功能相關的基因。


但是,葉綠體的發育對植物來說實在太重要,一般來說,這樣重要的事,生物體不會只交給一條路徑來調節;於是研究團隊決定要再仔細看看。


當然,牽涉到這麼重要的事情的基因,也有可能是「必需」(essential)的基因;這也就是說,它們發生突變會造成植物直接死給你看。如果是必需基因,那麼這樣的突變株就找不到了。(楚留香的名言:死人是不會說話的。)


不過,研究團隊決定不從突變株找起。他們決定去分析植物在去白化(de-etiolation)過程中的基因表現數據。


什麼是「去白化」呢?


這樣說吧,你吃過豆芽菜嗎?豆芽菜就是所謂的「白化苗」(etiolated seedling)。把綠豆或黃豆種在無光的狀況下,它們會長出細細長長的「莖」(其實是胚軸)、淡黃色且閉合的葉片,這是因為在沒有光的狀況下,植物為了要保命,一方面積極地把自己伸長好尋找光線,另一方面則不讓葉綠體發育,這樣才能在子葉的養分耗盡之前,讓自己伸到最長,提高找到光線的機率。


但是,若你把豆芽菜照光,植物馬上會開始合成葉綠素、發育葉綠體、打開子葉、停止胚軸延長...這個轉變就被稱為「去白化」。去白化是一個非常熱鬧的過程,牽涉到非常多基因!


不過,研究團隊把眼光放在去白化過程中對光有反應的轉錄因子上。而且,因為葉綠體的發育應該是對絕大多數的植物都很重要、甚至是必需的,所以他們認為這樣的基因,應該會跟GLK一樣是從簡單到複雜的植物都長得差不多。


於是,他們同時分析了地錢(Marchantia polymorpha)與阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)的去白化過程中的基因資料,找尋對光有反應的轉錄因子。最後,他們在地錢中得到14個候選「人」。


接著,他們用CRISPR把這14個基因一一「砍」掉,最後發現,除了GLK之外,只有另一個基因RR-MYB5出現淡綠色的外觀。


而後,他們發現這個基因有一個相似的同源基因RR-MYB2。結果,當他們把這兩個基因同時從地錢「砍」掉以後,地錢的葉綠體含量降到剩下5%,且葉綠體明顯變小。多小呢?比少了GLK基因的地錢還要小30%!


少了兩個MYB的地錢(右一),比少了GLK(右二)的更小。圖片取自期刊

少了兩個MYB的地錢(右一),比少了GLK(右二)的更小。圖片取自期刊


這個基因,在阿拉伯芥裡面有沒有呢?有的。研究團隊發現,阿拉伯芥的MYBS1MYBS2就是RR-MYB2RR-MYB5的同源雙胞胎。少了這兩個基因的阿拉伯芥,葉綠素含量下降了40%,葉綠體也明顯的變小、類囊體發育不完全。


少了兩個MYB的阿拉伯芥(右)。圖片取自期刊

少了兩個MYB的阿拉伯芥(右)。圖片取自期刊


研究團隊分析少了這兩個基因的突變株發現,它們調節的基因比GLK還多!前面提到,GLK調控與葉綠素生合成、光系統I、II功能相關的基因,但是這兩個MYB基因不僅調節葉綠素生合成、光系統I、II功能,還調節固碳、光呼吸、光系統修復相關的基因。


那麼,這兩個MYB能不能讓少了GLK的植物恢復正常呢?答案是不能。而且,GLK也無法讓少了兩個MYB的突變植物恢復正常。這意味著,這兩個MYB與GLK雖然調控的基因有一些重疊、也都對葉綠體的發育很重要,卻還是有各自獨特的地方。


有趣的是,研究團隊發現少了GLK的植物,兩個MYB的表現量都增加了;但是少了兩個MYB的植物,GLK的表現量卻變少了。這意味著它們彼此之間會互相協調。另外,研究團隊在GLK基因的內含子(intron)中找到MYB可以辨認的序列,所以有可能MYB可以直接調控GLK的表現。


總而言之,透過研究去白化基因的表現,研究團隊找到了兩個轉錄因子與葉綠體的發育有關,且這兩個轉錄因子與之前就發現的GLK存在著互動。缺少這兩個基因的植物,葉綠素含量會大幅下降、葉綠體發育不良、類囊體發育不完全。


有點可惜的一件事是,研究團隊並沒有研究這兩個基因是不是受到光敏素調控。雖然去白化過程的總指揮的確是光敏素,所以光敏素會調控它們的表現也很正常,但是沒有實驗去驗證還是非常遺憾的一件事。


參考文獻:


Frangedakis, E., Yelina, N. E., Billakurthi, K., Hua, L., Schreier, T., Dickinson, P. J., Tomaselli, M., Haseloff, J., & Hibberd, J. M. (2024). MYB-related transcription factors control chloroplast biogenesis. Cell, 187(1), 1-18. https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.06.039


留言
avatar-img
留言分享你的想法!
❦ 莊小昕-avatar-img
2024/07/26
謝謝老師分享!
avatar-img
老葉報報
215會員
688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
沙龍一直是創作與交流的重要空間,這次 vocus 全面改版了沙龍介面,就是為了讓好內容被好好看見! 你可以自由編排你的沙龍首頁版位,新版手機介面也讓每位訪客都能更快找到感興趣的內容、成為你的支持者。 改版完成後可以在社群媒體分享新版面,並標記 @vocus.official⁠ ♥️ ⁠
Thumbnail
沙龍一直是創作與交流的重要空間,這次 vocus 全面改版了沙龍介面,就是為了讓好內容被好好看見! 你可以自由編排你的沙龍首頁版位,新版手機介面也讓每位訪客都能更快找到感興趣的內容、成為你的支持者。 改版完成後可以在社群媒體分享新版面,並標記 @vocus.official⁠ ♥️ ⁠
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
對光合自營生物來說,沒有比準確的看到光更重要的事情了,所以植物不只是要看到有光沒光,還要看到光的強度、光的顏色,並根據這些資訊做出適當的反應。 也因此,植物有一整套的光受器來對不同波長的光作出反應。其中,對紫外光的反應,特別有趣。
Thumbnail
對光合自營生物來說,沒有比準確的看到光更重要的事情了,所以植物不只是要看到有光沒光,還要看到光的強度、光的顏色,並根據這些資訊做出適當的反應。 也因此,植物有一整套的光受器來對不同波長的光作出反應。其中,對紫外光的反應,特別有趣。
Thumbnail
植物需要氣孔(stoma)與外界的大氣進行交換才能取得足夠的二氧化碳與氧氣。另外,植物還需要進行蒸散作用來帶動導管(木質部xylem)裡的水分,才能運輸礦物質與糖。 但是,氣孔對植物的影響到底是怎麼樣的?最近的研究,有了一些有趣的發現。
Thumbnail
植物需要氣孔(stoma)與外界的大氣進行交換才能取得足夠的二氧化碳與氧氣。另外,植物還需要進行蒸散作用來帶動導管(木質部xylem)裡的水分,才能運輸礦物質與糖。 但是,氣孔對植物的影響到底是怎麼樣的?最近的研究,有了一些有趣的發現。
Thumbnail
對絕大部分的植物來說,進行光合作用是最重要的事,而要進行光合作用就需要葉綠體(chloroplast)。所以,葉綠體能不能正常發育,對植物非常重要。 過去的研究發現一個稱為GLK的轉錄因子(transcription factor),對葉綠體發育很重要。最近又發現了更多的重要基因喔!
Thumbnail
對絕大部分的植物來說,進行光合作用是最重要的事,而要進行光合作用就需要葉綠體(chloroplast)。所以,葉綠體能不能正常發育,對植物非常重要。 過去的研究發現一個稱為GLK的轉錄因子(transcription factor),對葉綠體發育很重要。最近又發現了更多的重要基因喔!
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
光合作用需要葉片照光,葉片的角度會影響到植物能不能接觸到足夠的光來進行光合作用。最近的研究發現,透過基因編輯改變甘蔗的葉片角度,可以讓甘蔗的產量增加!
Thumbnail
光合作用需要葉片照光,葉片的角度會影響到植物能不能接觸到足夠的光來進行光合作用。最近的研究發現,透過基因編輯改變甘蔗的葉片角度,可以讓甘蔗的產量增加!
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
『當我知道我守護了什麼,  也許承載就變得有意義。』
Thumbnail
『當我知道我守護了什麼,  也許承載就變得有意義。』
Thumbnail
簽約後,植物先入住。
Thumbnail
簽約後,植物先入住。
Thumbnail
每每看到美麗的植物,就是想認識這些花花草草。 有沒有被這些粉色和紫色系
Thumbnail
每每看到美麗的植物,就是想認識這些花花草草。 有沒有被這些粉色和紫色系
Thumbnail
植物的宜人綠色外觀,是由於它們在500-600 nm範圍內的波長反射率所致,可能給人一種印象,即綠光在生物學中次要的。這種觀點在一定程度上仍然存在。但是,有充分的證據表明這些波長不僅被吸收,而且還驅動和調節植物的生理反應和解剖特徵。這篇評論詳細介紹了綠光波長在植物生物學中必不可少的現有證據。吸收綠光
Thumbnail
植物的宜人綠色外觀,是由於它們在500-600 nm範圍內的波長反射率所致,可能給人一種印象,即綠光在生物學中次要的。這種觀點在一定程度上仍然存在。但是,有充分的證據表明這些波長不僅被吸收,而且還驅動和調節植物的生理反應和解剖特徵。這篇評論詳細介紹了綠光波長在植物生物學中必不可少的現有證據。吸收綠光
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