花兒往何處去?解開番茄低光照落蕾的機制

更新於 發佈於 閱讀時間約 4 分鐘

不同的農作物對我們有用的部位不同。對於需要花朵或果實的作物,成功的開花與/或結果當然很重要。


但是,有時候眼看著花苞出現,卻等不到開花就掉了!這時候真的讓人覺得很扼腕!這種現象稱為落蕾(bud dropping),與消蕾(blasting)不同。落蕾是花苞已經肥大生長,但花蕾還來不及長到成熟,就產生離層、黃化而掉落。而消蕾則是雖然已有花芽分化,也長出了肉眼可見的小花苞,但還沒有等到小花長大露蕾就萎凋。不管是哪一種情形,都是一種能量的浪費,也影響農作物的產量。


是什麼導致落蕾呢?過去的觀察發現與品系、溫度以及光照有關。低光照會引發落蕾,推測可能是因為低光照影響了光合作用的產量,使得植物為了生存,不得不「砍掉」一些花蕾的緣故。


過去在番茄的研究發現,低光照所導致的落蕾,與一個稱為IDL6INFLORESCENCE DEFICIENT IN ABSCISSION-Like)的基因有關,但是具體機制並不清楚。



研究團隊觀察到IDL6會引發離層(abscission zone)的細胞鈣離子濃度升高。由於CPK(calcium-dependent protein kinase)會感應細胞中的鈣離子濃度,並將這個信號往下游傳遞,所以他們決定去分析植物的29個CPK在離層中的表現狀況。而且,他們不只是觀察野生種,還觀察了缺少IDL6以及IDL6高度表現的番茄。


結果發現,有三個CPK(6、10、17)在高度表現IDL6的番茄中表現量上升且在缺少IDL6的番茄中表現量下降。於是,他們把這三個CPK給「砍掉」,結果發現只有缺少CPK10的番茄出現延遲落蕾的性狀。


進一步的測試發現,缺少CPK10的番茄,在低光照下落蕾的情況減少了;而且在野生種中,低光照可以讓CPK10在離層中的累積上升。更有趣的是,高度表現CPK10會加速低光照落蕾的時間與比例。


既然CPK10是一個激酶,那麼它是不是也涉及了磷酸化反應呢?研究團隊發現,CPK10主要的磷酸化位置是在第371個胺基酸,那裡是一個絲胺酸(serine)。


接著他們把這個絲胺酸進行了兩種改變:一種是改變成丙胺酸(alanine),這樣這個位置就無法被磷酸化(S371A);另一種是改變成天門冬胺酸(aspartic acid ),來模擬磷酸化絲胺酸的型態(S371D)。


結果,只有野生型與S371D的CPK10可以讓少了CPK10的番茄恢復正常。而且,當他們把這三個版本的CPK10放進少了IDL6的番茄裡,只有S371D可以讓番茄恢復正常。這意味著,CPK10需要IDL6的幫助才能磷酸化,而CPK10要磷酸化才能有功能,讓花苞能順利完成發育。

透過這些研究,我們對於落蕾這個生理現象有更多的了解。低光照造成CPK10在離層累積,接著CPK10發生磷酸化,最後造成落蕾。至於到底是什麼蛋白質磷酸化了CPK10,目前還不清楚,不能排除它自己把自己磷酸化,也不能排除有其他的蛋白質將它磷酸化。不論如何,這會是未來需要研究的重點之一。


參考文獻:


農業知識入口網:消蕾


Fu, X., Li, R., Liu, X., Cheng, L., Ge, S., Wang, S., Cai, Y., Zhang, T., Shi, C.-L., Meng, S., Tan, C., Jiang, C.-Z., Li, T., Qi, M., & Xu, T. (2024). Kinase CPK10 regulates low light-induced tomato flower drop downstream of IDL6 in a calcium-dependent manner. Plant Physiology. Advance online publication. https://doi.org/10.1093/plphys/kiae406


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