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興大解密蘭花之美 登《Nature Plants》封面

??????????? 說改良過的蘭花唇瓣已花瓣化(右),與一般的蘭???????

蘭花的唇瓣通常是最醒目,也是最能吸引蟲媒停留授粉的部位。但長久以來唇瓣產生的原因,一直是植物學家解不開的謎題。日前由國立中興大學生物科技學研究所特聘教授楊長賢所領導的研究團隊,提出「花被密碼」(Perianth code,簡稱P code),證實了蘭花唇瓣形成的原因及機制,解密蘭花之美。

楊長賢表示,蘭科植物是現今植物界中包含植物種類最多的科之一,含有超過20000多種以上的蘭花,在花卉產業上一直有著重要的地位。蘭花的花朵構造包含三片花萼與兩片花瓣,統稱為花被片(tepals),蘭花重要的特色是第三片花瓣特化成各種形式的唇瓣,使整朵花形成兩側對稱且多變美麗,跟一般輻射對稱的花非常不同。

蘭花特異的唇瓣被認為是為吸引授粉者傳粉而經長時間演化出來的,它就像是授粉者的停機坪,提供昆蟲、飛蛾與蜻蜓等蟲媒停留。但唇瓣真正產生的原因,尚未有植物學家找出解答。過去的研究發現,一群MADS box基因被認為是控制花朵花型的主要因子,而對MADS box基因中與花瓣形成的B群基因已有許多研究,但是蘭花唇瓣的形成原因並無法單純的由B群基因來解釋,所以過去數十年來植物學家一直無法找到合理的解釋以破解所謂的「蘭花之美」(The beauty of orchid flowers)。

這項發現突破過去對B群基因的專一研究,他們提出蘭花唇瓣的形成是受到所謂的蛋白質複合體(protein complex)的調控,B群基因的蛋白質必須與一群AGL6的蛋白質形成蛋白質四聚體的複合體,而在蘭花中這種複合體有兩種,一種研究團隊稱之為「唇瓣複合體」 (L complex),另一種稱之為「花萼/花瓣複合體」(SP complex)。在蘭花中這兩種複合體互相競爭,當L complex的表現占優勢時花器就發育成唇瓣,而當SP complex占優勢時會抑制唇瓣的形成,而花器就往花萼/花瓣發展,若兩者同時均等存在時就會產生唇瓣與花萼/花瓣的中間型產物。

研究團隊將這個創新的發現稱之為「花被密碼」,同時進一步由研究蘭科植物多個亞科中的許多蘭花發現,不同類型的唇瓣形成都遵守這個「花被密碼」的規則。為了更證實這個「花被密碼」的理論正確,研究團隊透過基因靜默的技術將唇瓣中L複合體中的一個基因表現減少,結果造成了L 複合體在唇瓣中活性的瓦解,進一步產生了文心蘭及蝴蝶蘭中唇瓣轉變成花萼/花瓣的花被結構,這個結果具體及紮實的證明了「花被密碼」的正確,也解密了「蘭花之美」的神秘面紗,在國際花卉研究領域上有突破性的貢獻。

楊長賢表示,此研究成果顯示L 及SP complex基因的表現和蘭花花朵中唇瓣的形成與否有密切的關聯性,極具實際農業應用的價值,未來若能透過基因調控之方法,經由基因工程操控L 及SP complex基因之表現,例如讓L complex的基因在花萼/花瓣中表現,就會產生多個唇瓣的蘭花,相反的,使SP complex基因在唇瓣中表現,預期會產生多種不同變異型態唇瓣的蘭花,將能達到蘭花花卉改良之應用目的,除可增加蘭花市場的多樣性外,並將對提高台灣花卉產值有所助益。

此項研究是完全國內學者獨力完成的研究成果,由楊長賢指導興大生技所博士後研究員徐杏芬(第一作者)、許巍瀚,博士生毛婉廷、李貞穎,興大生化所楊俊逸助理教授及科博館李勇毅副研究員等共同完成。研究成果刊登於《Nature Plants》,並被選為當期封面及當週《Nature》所有系列期刊的研究亮點(Research highlights),獲得美、義、日等各國媒體競相報導。《Nature Plants》更邀請國際知名的蘭花學家,荷蘭自然生物多樣中心主任Barbara Gravendeel博士撰寫專文報導,文中稱讚該研究的發現「大大的拓展了我們對控制蘭花花型多樣性變化機制的了解」(This greatly extends our understanding of the mechanisms leading to the diverse forms of orchid flowers)。

???????????2? 與研究團隊展示蘭花

資料來源:中興大學新聞稿

研究文獻:Hsu, H. F., Hsu, W. H., Lee, Y. I., Mao, W. T., Yang, J. Y., Li, J. Y., & Yang, C. H. (2015). Model for perianth formation in orchids. Nature Plants, 1(5).

相關報導:A protein battle underlies the beauty of orchids. ScienceNews [April 28, 2015]

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