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某科學の超電報

缺鐵別怕!中研院發現「鋼鐵人」胜肽幫助植物補鐵

2018/11/14 |

快訊分類學園都市必備 快訊標籤IMA, 中研院, 植物, 胜肽, 和 鐵含量

植物也有缺鐵危機!

鐵是植物生長必需的微量營養素之一,但因土壤中的鐵往往活性極低、被吸收的效率有限,使缺鐵問題成為植物界中常見的營養障礙,而部分食用植物含鐵濃度過低,更是人類缺鐵性貧血的主因。

中央研究院植物暨微生物研究所研究員施臥虎 (Dr. Wolfgang Schmidt.) 及博士後研究員盧毅 (Dr. Louis Grillet) 研究團隊,發現了一種名為IRON MAN (IMA) 的新型小胜肽家族,可幫助植物根部吸收外在環境中的鐵。此發現已初步於番茄實驗中證實。研究成果於 10 月刊登於國際頂尖期刊《自然植物》 (Nature Plants),並被選為重點論文。

開花植物中傳遞訊號的小胜肽家族 IMA

研究團隊發現,小胜肽家族 IMA 存在於開花植物中,可透過在植物韌皮部中移動以傳遞信號,進而調節鐵在植物體中的平衡狀態。而所有 IMA 胜肽都含有一段共同序列,是使其可正常運作的關鍵。模式植物阿拉伯芥 (Arabidopsis thaliana) 的基因組即含有 8 個 IMA 基因。

首先,研究團隊藉由 CRISPR-Cas9 基因剪輯技術將阿拉伯芥中的 8 個 IMA 基因產生突變,使其失去功能,結果得到了體型非常小且極度黃化的阿拉伯芥植株,這樣的植株需要適時補充足夠的鐵才得以存活。

接著,團隊續將野生型阿拉伯芥和 IMA 基因被突變的阿拉伯芥相互嫁接,並發現位在地上部(莖、葉、花)的 IMA1 胜肽可促進根部鐵的吸收,而 IMAs 胜肽則負責在植物體的地上部及地下部(根部)間傳遞長距離信息。因此,可推斷 IMAs 可感知植物葉片中鐵含量的狀態,並傳導訊息到根部,進而增強根部吸收鐵的效率。

IMA 胜肽僅在開花植物的基因組,不存在蕨類植物、藻類或真菌中,因此推測其出現在陸地植物進化的早期階段。儘管 IMA 胜肽普遍存在於植物界中,但由於它們的大小和結構皆高度多變,因此尚未被認為是一個家族,其相對應基因也大多未被註解。

此方法開闢了產生富含鐵的植物的新途徑,不僅可增加阿拉伯芥種子中的鐵含量,應用在番茄植株後,亦增加了番茄果實中的鐵含量。

番茄橫切面的染色對比圖,顏色越深表示鐵含量越多。(圖/中研院新聞稿)
左:野生型番茄;右:增加 IMA 後的番茄

  • 該論文已於美東時間 10月 15 日刊載於期刊《自然植物》(Nature Plants),文章標題為 IRON MAN is a ubiquitous family of peptides that control iron transport in plants

(本文改寫自中研院媒體小組新聞稿)


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關於作者

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。

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