Cyanophora paradoxa是一種淡水藻類,有兩根鞭毛,屬於灰藻(glaucophytes)的一種。這種藻類有兩個「葉綠體」(cyanelle),負責進行光合作用。這個「葉綠體」跟高等植物的葉綠體不太一樣,它還保有類似細菌的肽聚糖(peptidoglycan),所以被認為有可能是植物的祖先之一。
對植物有基本了解的人,大概都知道植物有所謂的六大賀爾蒙:生長素(auxin)、細胞分裂素(cytokinin)、乙烯(ethylene)、離層酸(ABA)、吉貝素(GA)以及蕓苔素(BR)。但是,賀爾蒙一般是用來協調多細胞生物的生長發育,對單細胞生物來說,應該不需要這些「豪華裝備」吧?
最近,有個研究團隊想要測試看看單細胞植物是否也對賀爾蒙有反應。他們選了六大賀爾蒙裡面的乙烯與離層酸。選這兩種,可能是因為這兩種賀爾蒙對植物面對壓力時的反應很重要,畢竟即使是單細胞藻類也會面臨壓力。相對來說,其他四種賀爾蒙可能對單細胞植物沒有那麼重要。
於是他們使用了乙烯的前驅物ACC(0.5 mM、1 mM和5 mM)與ABA(100 μM)來處理C. paradoxa。讓他們大感驚訝的,C. paradoxa可以將ACC轉化為乙烯,而且感應到乙烯之後,C. paradoxa除了會產生自由基(ROS)、出現生長抑制現象之外,還會表現出一些與衰老有關的蛋白酶;但是研究團隊無法找到任何與高等植物的ACC合成酶或ACC氧化酶相似的基因。
當然,找不到類似於高等植物的ACC合成酶或ACC氧化酶的基因,並不代表就一定沒有,畢竟他們發現C. paradoxa可以把ACC轉為乙烯。有可能C. paradoxa有相同功能但長得很不一樣的酵素,也有可能C. paradoxa是使用完全不一樣的機制來合成乙烯。不過,從這個研究看來,C. paradoxa顯然也能感知ACC,但是目前並不知道它是否能合成ACC。
另外,研究團隊也發現,當他們用UV-B(短波紫外光)或滲透壓等非生物壓力處理C. paradoxa時, 它也會產生乙烯。
另外,以ABA處理C. paradoxa會使它產生自由基,且與乙烯信息傳導有互動。當他們同時使用ACC和ABA來處理C. paradoxa的時候,產生的乙烯比單獨使用ACC少了一半,但是產生的自由基卻增加了。
這些結果告訴我們,乙烯與ABA所主導的壓力反應機制,可能在植物還沒有「登陸」之前就有了。這想想也蠻合理,畢竟只要有環境就會有壓力,生物總是要處理壓力反應的;只是,單細胞生物分泌乙烯,究竟是只有自己用?還是與旁邊的藻類分享,讓大家一起做出壓力反應,一起「共體時艱」?這就不知道了。
參考文獻:
Genot, B., Grogan, M., Yost, M., Iacono, G., Archer, S. D., & Burns, J. A. (2024). Functional stress responses in Glaucophyta: Evidence of ethylene and abscisic acid functions in Cyanophora paradoxa. Journal of Eukaryotic Microbiology, e13041. https://doi.org/10.1111/jeu.13041