解開復活植物的秘密

想像一下，在乾旱地區，有一些神奇的草本植物。它們可以在極度缺水的情況下存活，甚至看起來完全乾枯了...但是，只要再給它們水份，它們就能迅速恢復生機。科學家們稱這些植物為「復活植物」（resurrection plants）。

這些復活植物，因為可以失去95%的水分還能復活，一直都讓科學家們覺得非常神奇。其中有一種，就因為這樣成了中藥，被稱為「九死還魂草」！

過去對復活植物的研究發現，它們有一些特別的機制，讓它們可以對抗極度乾旱的狀態。但是，是不是所有的復活植物都有類似的機制呢？為了解開這個謎題，研究團隊選擇了三種來自非洲的不同的復活植物，Oropetium capense（二倍體）、Tripogon minimus（二倍體）與Microchloa caffra（六倍體），對它們進行了深入的基因體研究。結果發現：

這些植物擁有一些特殊的基因，可以幫助它們度過極度乾旱的時期。就像我們人類在極度寒冷時會產生更多的體熱一樣，這些植物在乾旱時會活化這些特殊的基因。

有趣的是，雖然這些植物屬於不同的種類，但它們應對乾旱的方式卻十分相似。這就好比不同國家的人面對寒冷時，都會想到穿厚衣服這個辦法。

怎麼說呢？原來它們在應對乾旱時所表現的基因，有很明顯的重疊。最特別的就是，「早期光誘導蛋白」（ELIPs）在這三種植物中都出現了大規模的擴張。這類的基因，在其他禾本科植物中都只有4個，但是O. capense竟然有39個、T. minimus 有31個，而 M. caffra居然有58個！而且，在這些植物裡，這類的基因通常都擠在同一個染色體區域上，意味著它們可能是在演化中發生重複。

有那麼多個ELIPs，它們在乾旱時是否有表現呢？研究團隊發現，在二倍體的O. capense與T. minimus，所有的ELIPs在乾旱、脫水與早期復水過程中都大量表現；而六倍體的M. caffra，不知道是不是因為58個基因實在很多，所以只有部分的ELIPs在脫水過程中大量表現。

研究團隊進一步分析發現，這些ELIPs的擴張是獨立發生的，但是它們的擴張速率比其他的基因要快得多。

除了ELIPs基因，研究團隊還發現抗氧化相關的基因、碳水化合物（尤其是棉子糖與蔗糖）代謝相關基因以及細胞保護機制（如熱休克蛋白以及晚期胚胎發育豐富蛋白[LEA]）基因的表現也都有提高。另外，與乾旱相關的轉錄因子也都出現類似的表現模式。

他們還發現，光合作用相關的基因，在乾旱時的表現全部都下降，而與離層酸（ABA）信息傳導的基因也有相似的表現模式。

研究團隊還發現，這些復活植物在演化過程中，反覆「發明」了這種極度抗旱的能力。這就像是在不同的地方，人們獨立發明了輪子一樣。

總而言之，這些植物不僅僅是簡單地「關閉」所有功能來節省水分，而是啟動了一系列複雜的機制，就像是進入了一種特殊的「冬眠」狀態：它們會合成特殊的糖與蛋白質（ELIPs與LEA等）、產生抗氧化物質、降低光合作用能力、調整細胞膜的組成、調整植物賀爾蒙的量等，讓自己可以在極度乾燥的狀況下存活，並在有水時迅速恢復正常。

透過研究這些復活植物，我們可以深入理解植物如何適應極端環境，這在氣候變遷的當下特別重要。了解復活植物的耐旱機制，能幫助科學家培育出更耐旱的農作物，這對於解決全球糧食安全問題有重要意義。

當然，這些復活植物也向我們展示了大自然的神奇，同時也讓我們看到了生命的韌性和適應能力，不僅增進了我們對自然界的理解，也為未來的農業發展提供了新的思路。

參考文獻：

Marks, R.A., Van Der Pas, L., Schuster, J. et al. Convergent evolution of desiccation tolerance in grasses. Nat. Plants (2024). https://doi.org/10.1038/s41477-024-01729-5