中研院揭開植物受孕關鍵脂質「磷脂酸」 有助提高稻米、小麥等農作物產量 

中研院揭開植物受孕關鍵。(圖/中央研究院提供)

記者崔至雲臺北報導

花粉管」是植物受孕的最後一哩路,當花粉落在雌蕊上後,還要長出花粉管,才能送精細胞到蕊中與卵子相遇。中央研究院植物暨微生物學研究所副研究員中村友輝團隊,近期發現影響花粉管生長的關鍵脂質磷脂酸」(Phosphatidic acid, PA)的生成機制。此研究有助於掌握脂質訊息與花粉管生長的關係,也有機會發展成提高農產量新策略

中村友輝表示,花粉發育對植物的生殖繁衍至關重要,有些作物的產量問題,更直接與花粉不孕有關。過去有研究已指出,磷脂酸PA在花粉管生長過程扮演着傳遞訊息的重要角色,然而,PA如何生成、又如何影響花粉管生長?尚不得而知。

▲研究團隊將DGK酵素接上螢光蛋白後,可看見一粒粒花粉在黑暗中有明顯的螢光表現,代表其中含有大量DGK酵素。(圖/中央研究院提供)

研究團隊指出,研究過程首先在植物阿拉伯芥花粉內鑑定出DGK2及DGK4二種酵素,再經實驗證實,缺少此二種酵素的植株便會缺少PA,花粉管也停止生長,導致植物無法授粉、結果證明了DGK2與DGK4便是PA的生長關鍵。此外,當團隊對這些缺陷植株將施加PA或將相關基因送入植株,使其產生DGK酵素後,花粉管便如正常的花粉一般,在12小時內達到正常的長度

中村友輝解釋,PA在花粉管中是一種脂質訊息,主要存在於花粉管的尖端與底部之間,誘導花粉管生長。而本次研究發現,在花粉細胞內,二種DGK酵素會將沒有傳遞訊息功能二酸甘油酯(Diacylglycerol, DAG)轉換成有傳遞訊息功能的PA,藉此達到花粉管生長的目的

▲阿拉伯芥。(圖/中央研究院提供)

研究成果將對解決農業產量問題有所幫助。中村友輝說,因爲DGK2、DGK4這類酵素廣泛存在於重要的農業作物中,在稻米小麥玉米番茄蘋果中等都可見到。因此,推測此次發現的PA 合成機制也在各種植物中存在,可能是增進作物受孕與產量研究的新契機

中村友輝長期研究植物的脂質對於其生殖過程所扮演的角色。研究團隊曾在2015年發現另一種參與種子發育及油脂合成的關鍵酵素。他強調,要將植物與脂質聯想在一起似乎很難,但其實植物本身也富含脂質,不同種類的脂質,對於植物生長髮育與生殖過程扮演舉足輕重的角色。該論文已於5月29日發表於植物學頂尖期刊The Plant Cell。

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