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改良水稻,力抗氣候變遷,植物控制體內糖分的機制是關鍵!

PanSci_96
・2019/11/26 ・1204字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 602 ・九年級
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近年來,環境變遷導致乾旱、水災、高溫等災害發生頻繁,威脅全球糧食安全,糧食問題也變得格外重要。

中央研究院分子生物研究所余淑美院士與其研究團隊,利用乾旱、高溫、病菌感染的生長環境誘導 α-澱粉水解酵素(簡稱 αAmy)大量表現的現象,發展出平衡植物糖濃度的技術,藉由開啟與關閉 αAmy 基因的表現,維持糖的適當濃度,提高水稻耐逆境能力!

此技術可育出「抗逆境、高產量」水稻品種,也可應用於其他穀類的改良,有助於解決環境變遷造成糧食減產的問題。研究成果已於今(108)年十月發表於《美國國家科學院期刊》加長版(PNAS, Plus)。

植物與人,都要控制「糖濃度」

人類必須控制血糖濃度保護健康,植物也需要平衡糖濃度才能長得強壯。而αAmy 是分解植物澱粉最主要的酵素,同時它也控制了植物體內糖的產生與利用1

MYBS1 及 MYBS2 進出細胞核競爭調控 a-澱粉水解酵素的產生。圖/中研院提供

研究發現,植物維持所需糖濃度的機制,是透過兩個蛋白質因子-MYBS1 及 MYBS2 互相競爭調控 αAmy 的產生。在缺糖時,MYBS1 進入細胞核促進 αAmy 的表現,分解澱粉為糖;而在高糖時,MYBS2 進入細胞核抑制 αAmy 的產生。

余院士說明,當植物缺糖的情況下,MYBS2 蛋白質的第 53 個氨基酸被磷酸化,導致被送出細胞核,然後被一群 GF14 蛋白質抓住留在細胞質,使其無法再進入細胞核內與 MYBS1 競爭,因此 MYBS1 能夠促進 αAmy 的產生。

植物維持糖濃度可促進生長、抗逆境及產量。圖/中研院提供

此外,乾旱及高溫會抑制 MYBS2,促使 αAmy 大量表現,進而顯著提高水稻生長速度、耐逆境能力及穀粒產量。研究團隊表示,這個發現終於解開了植物在遭受環境逆境及病菌感染下,卻大量產生 αAmy 的原因,就是讓植物對逆境更有「抵抗力」。

此研究結果是全球首次發現高糖及缺糖能開啟與關閉基因表現的分子機制,以維持植物體內糖濃度的平衡,並且也與植物的生長需求、抵抗逆境及產量的提升息息相關。

在全球各大洲發生高溫及水資源匱乏問題,甚至已對糧食生產造成嚴重衝擊的現在,此技術的研發可利用較易商業化的基因編輯技術,改良水稻及其他穀類的品種,增加作物生長效率,並足以耐各種逆境,維持糧食高產量,有助於解決環境變遷造成的糧食問題。

註解與補充:

  1. 植物是自營生物,利用空氣中的二氧化碳及土壤中的水及微量元素進行光合作用,自行製造生長所需的糖,及儲存成澱粉、油脂或蛋白質,此為自然界中各種生物所需碳水化合物的主要來源。
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PanSci_96
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臺大獸醫研發動物用奈米疫苗,有效預防冠狀病毒
活躍星系核_96
・2016/08/24 ・803字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 637 ・十年級
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  • 圖/台灣大學新聞稿

動物用疫苗市場乃各大生技藥廠兵家必爭之地,每年全球之市場規模可達數十億美元,近年來更由於人畜共通傳染病頻傳,讓預防與維持動物健康成為了公共衛生領域的重要議題。

冠狀病毒對全球人畜之威脅

其中,冠狀病毒正是發生於人類與動物高致死率疾病的頭號元兇,例如 2003 年發生的嚴重急性呼吸症候群(SARS),以及 2012 年始於中東地區、隨後蔓延至全世界的中東呼吸道症候群(MERS);而禽類的冠狀病毒則會讓肉雞、蛋雞及種雞等引發支氣管炎、肺炎、腎衰竭等症狀,甚至造成輸卵管病變導致雞隻的「不孕」,讓臺灣及全世界的雞農蒙受重大經濟損失,因此,研製效果良好、成本低廉的動物用疫苗為產學界一致努力的目標。

圖片來源:Compassion in World Farming@flickr, bu NC 2.0
圖/Compassion in World Farming@flickr, by NC 2.0

台大獸醫系運用奈米科技打造疫苗

本次創新研究是由臺大獸醫系陳慧文老師實驗室學生黃湞鈺、林舒怡、方紫珣、許宸瑄共同參與,並與中央研究院生醫所胡哲銘博士主持之奈米醫學實驗室合作完成。研究團隊突破傳統病毒疫苗製作之框架、跨領域運用奈米科技,以奈米金顆粒與冠狀病毒棘突醣蛋白結合,開發出人工合成的類病毒顆粒(synthetic virus-like particles)。

此顆粒在形態與特性上,與原態之冠狀病毒非常相似,能模擬病毒、在動物體內誘發免疫反應。研究團隊先以小鼠模式,證明此顆粒能成功被免疫系統辨識並活化抗體生成,再進一步使用無特定病原雞隻的冠狀病毒感染模式,證實此合成的類病毒顆粒能有效增強雞隻的抗病毒免疫反應、降低臨床症狀、阻斷病毒於組織中的複製,效果優於傳統的次單位疫苗與不活化疫苗。

研究團隊以前瞻跨領域的生物科技開發出新式奈米疫苗,其製備過程簡單快速,能降低成本、符合動物用藥的市場需求。此研究已於 2016 年 8 月 15 日刊登在 Biomaterials 期刊。

本文改寫自台灣大學新聞稿。

原始論文:

  • Synthetic Virus-like Particles Prepared via Protein Corona Formation Enable Effective Vaccination in an Avian Model of Coronavirus Infection. Biomaterials. doi:10.1016/j.biomaterials.2016.08.018 (2016)
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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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2019 泛知識節來了!
PanSci_96
・2019/03/11 ・692字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 552 ・八年級
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七月徵文:如果能在 XX 課,學到 OO……
PanSci_96
・2019/07/05 ・451字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 474 ・五年級
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炎炎暑假再度來到,驪歌散去。在這個畢業即失業的年代,回望以往在課堂上的時光,有哪些內容,是你希望「如果當年在課堂上學到……」的呢?又或者你覺得科學相關的課程,還應該要包含哪些知識、素養內容呢?無論是實戰或是觀察,都歡迎你提出來與我們分享。

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    • 關於某門課程(與科學相關的,如數學、理化、生物等),你認為應該要包含哪些(現在很可能沒有的)內容,如:如果在化學課,學到「劑量決定毒性的概念」/如果在生物課,認識到生活中植物 / 如果在健康教育課,學到性是怎麼一回事
    • 簡單介紹,甚至舉例說明這個知識的內容與範圍。
    • 為什麼你認為應該要放入課程中?這個內容有哪些重要性、在日常生活中有哪些可以應用的層面?
  2. 徵文時間:即日起至 7/31 18:00 止
  3. 徵文字數:每篇字數範圍 1000-1500 字,如錄用將於 8/7 前以信件回覆。若未收到回覆,則代表稿件未接受。
  4. 獎勵辦法:本次徵文活動,獲選文章贈送泛科學精選科普書一本。(隨機贈送,恕無法指定)
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