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如何消滅土裡那不受歡迎的客人

獨腳金(Striga)這一屬的植物分布於非洲、澳洲與亞洲。在亞洲,中國大陸雲南、貴州、廣西、廣東、湖南、江西、福建及台灣都可以看到它。它們是寄生植物,種子躲在土裡,在農作物發芽的時候一起發芽,根部緊貼住農作物的根部吸收養分,造成農作物產量減少。

雖然獨腳金可以入藥,但它在非洲的撒哈拉以南地區造成非常嚴重的問題,大約三分之二的農地被獨腳金入侵。總計在全世界,獨腳金危害25個國家,共計影響一千萬人。

科學家們一直想要找到消滅獨腳金的方法,但由於種子躲在土裡不怕農藥,農作物不發芽它們也不會先發芽,所以一直都是很頭痛的問題。
如果能夠讓它發芽,活的植物的罩門應該比休眠的種子要多得多了。但是,為什麼這種植物會知道什麼時候農作物的種子發芽呢?原來許多植物的種子在發芽時,根部會分泌一種賀爾蒙稱為strigolactone(如上圖)。這個賀爾蒙原來是用來召喚土壤中的共生真菌(mycorrhiza)的,好讓植物寶寶們一發芽就有共生真菌在旁邊呵護;但獨腳金也學會了偵測這種賀爾蒙,讓自己在感應這種賀爾蒙之後就發芽。於是,獨腳金永遠都能夠搶先一步,佔據最好的位置來偷走農作物的養分。

這種賀爾蒙有很多種,科學家也發現,獨腳金已經懂得經由分辨不同的strigolactone組合,來了解是否現在發芽的是它最愛的宿主。

最近多倫多大學的研究團隊花了好一番功夫,找到獨腳金裡面所有的strigolactone受器(統稱為ShHTL)--竟然有十一個!這麼多個受器,不見得個個都有相同的功能吧?為了要了解它們、並找到真正要緊的ShHTL,研究團隊利用阿拉伯芥缺少HTL基因的突變株,仔細地研究了所有的這十一個ShHTL

怎麼研究呢?原來,阿拉伯芥的種子在攝氏32度時,會出現發芽率急速下降的現象。但是這個熱抑制(thermoinhibition)現象,在加入strigolactone時會被逆轉。不過,對於缺少了HTL基因的阿拉伯芥,加入strigolactone就沒有效果了。

於是研究團隊將不同的ShHTL轉入缺少HTL基因的阿拉伯芥,再利用熱發芽抑制實驗,來測試找出對strigolactone最敏感的ShHTLShHTL7)。接著,再以ShHTL7來測試不同的strigolactone,發現獨腳金最愛的strigolactone包括了5-deoxy strigol (5DS)、2'-epi-…

維生素 U (vitamin U)是什麼?

筆者最近接了一個大案子,要看很多很多書。這天看到這個詞:維生素U。

維生素U?維生素有A、C、D、E、K、B群(B1、B2、B6、B12)等,從沒聽過維生素U這種!

要是在沒有網路的年代,接著大概就得直奔圖書館去「皓首窮經」一番;幸好我們已經活在網路時代了,所以筆者只要坐在電腦前面動動手指,就發現原來維生素U是S-甲基甲硫氨酸(S-methylmethionine)。
S-甲基甲硫氨酸比甲硫氨酸多了一個甲基,

但是為什麼會被稱為維生素U呢?

原來,在1950年Garnett Cheney發現生高麗菜汁具有抗潰瘍的能力,而且可能還能用來治癒胃潰瘍。但是生高麗菜汁裡面,究竟是什麼成分具有這個功效,Cheney並沒有繼續研究下去。他給這個未知成分取了「維生素U」的名稱,而後續的一些研究發現,生高麗菜汁中的S-甲基甲硫氨酸具有保護消化道黏膜與肝臟的功效,於是S-甲基甲硫氨酸便這樣被稱為「維生素U」了。

雖然如此,不過S-甲基甲硫氨酸並不被認為是真正的維生素喔!

吃炸藥的植物

三硝基甲苯(2,4,6-trinitrotoluene,TNT),俗稱黃色火藥,在1863年由德國化學家Julius Wilbrand發明出來,原先是用作染料。雖然當時也很快就發現它會爆炸,但由於它不容易引爆,因此直到德軍發現它的好用之處之前,並沒有什麼人想要把它拿來當作炸藥。甚至在英國1875年的爆炸物法(Explosives Act 1875)中,並未列入黃色火藥呢!

在1902年,德軍發現,如果把黃色火藥裝在鋼鐵外殼內,它可以在穿入軍艦後才爆炸,不像當時主要使用的炸藥TNP(又名苦味酸,Picric acid,2,4,6-trinitrophenol)通常都在接觸到軍艦的外殼的那一刻就炸了;由此發現黃色火藥的殺傷力比較大。在這之後,德國、英國(1907年)、美國(1921年)先後開始採用黃色火藥。現在,軍隊、礦區以及工業常用它來炸開擋路的石頭。但是黃色火藥其實是有毒物質,當爆炸以後,大量的黃色火藥會隨著爆炸的力量滲入土壤,一旦進入土壤就不容易移除。

黃色火藥會對皮膚造成刺激性,接觸後皮膚會變成黃色。在一戰時期,負責處理黃色火藥的工作人員的手因經常接觸而被染成黃色,因此得到了「金絲雀」(canaries)的綽號。但後來便發現,長期接觸黃色火藥會導致貧血、肝功能不正常、脾臟腫大等;且在大鼠的試驗中被發現有致癌性,因此被列為可能的致癌物。雖然植物可以吸收黃色火藥,但是黃色火藥會使得植物根部的生長被抑制。由於軍隊與礦區廣泛的使用,黃色火藥造成的污染已受到廣泛的重視,也被美國的環境保護署(EPA)列為重點工作。

由於植物會吸收黃色火藥,有人就想到,為何不利用植物來移除被黃色火藥污染的土壤呢?雖然這個想法不錯,但是「吃」了黃色火藥的植物,它的根部生長會受到抑制,所以植物長得並不好。當然,如果能找到不被抑制的突變種,或許就真的可以用它來進行所謂的「植物修復」(phytoremediation)了--只是,這樣的植物存在嗎?

最近,英國的研究團隊,從擬南芥(阿拉伯芥,Arabidopsis thaliana)中找到了不會被黃色火藥抑制生長的突變株mdhar6

MDHAR6的基因是個負責解毒的酵素,全名是monodehydroascorbate reductase 6。擬南芥總共有五個MDHAR基因,存在的位置不大相同。不過,它們都負責將氧化的維生素C還原。

研究團隊發現,…

2015十大熱門文章

一年又快要過完了,筆者想起去年開始做「2014十大熱門文章」,好像也該來做2015年的囉?!

統計了一下點閱率,在此與大家分享!

第十名:不會變黃的蘋果:北極牌蘋果(Arctic Apples)即將上市
說真的,為什麼要取名叫做「北極牌」呢?是因為都不會變紅嗎?

第九名:葉綠體網絡幫助植物抵抗外敵
葉綠體與粒線體都會形成網路喔!不要再被課本給「騙」了!

第八名:苦味造成野生南瓜屬(Cucurbita)植物滅絕
沒想到動物採食也會影響到植物的生存與否呢!

第七名:世界上最古老的花

第六名:吃肉的植物Genlisea
如果以為吃肉的植物只有毛氈苔、捕蠅草、豬籠草,那您就錯了!

第五名:抗蟲作物的末日即將來臨?
您知道抗蟲基改現在已經都有不只一個抗蟲基因在裡面了嗎?

第四名:關於蕃薯,你知道你吃的是什麼品種嗎?

第三名:原來我們一直在吃基改蕃薯?!
哇!我們一直都在吃「基改」蕃薯嗎?

第二名:吃到含植物生長激素的水果會性早熟?
生長激素與生長素是完全不一樣的東西,也不會有交叉作用,不要再被騙了!

第一名:爆米花為什麼會爆?
普通的玉米放進微波爐,只會得到烤焦玉米喔!

很感謝大家一年來的愛護,我們明年繼續努力囉!

光敏素(phytochrome)的故事(三)

1938年的夏天,芝加哥大學(University of Chicago)來了一個來自加州的客人。

邦納(James F. Bonner)當時年方27歲,正在加州理工學院(Caltech)擔任助理教授。芝加哥大學的植物實驗室(Hull Botanical Laboratory)主任克勞斯(Ezra Jacob Kraus)欣賞他,給他教師的職位;但是他一時之間仍無法做決定。邦納在猶他州長大、在加州理工學院讀完博士學位,蠻喜歡加州的環境;於是他申請了留職留薪,先來芝加哥大學看看。

那年夏天,邦納與哈姆納(Karl C. Hamner)開始了一系列對於光週期的研究。他們原本希望或許可以因此找到傳說中的「開花素」(florigen),但最後卻發現了光週期的關鍵在於連續黑夜的長度。


以蒼耳(cocklebur,Xanthium pensylvanicum)為實驗材料,邦納與哈姆納測試了非常多不同的光週期,解剖了許多的蒼耳,但還是沒有找到開花素。

但是,在這些光週期的試驗中,他們測試了:

一、四小時光照/八小時黑暗;
二、十六小時光照/三十二小時黑暗;
三、八小時光照/四十小時黑暗。

由於當時已知蒼耳的臨界光照時間是介於15.5到15.75小時之間(也就是黑暗的時間大約是8.5到8.25小時),實驗組一不論是光照或是黑暗時間,都小於臨界時間;而第二組則不論是是光照或是黑暗時間,都大於臨界時間,第三組則只有黑暗時間大於臨界時間。

結果是,第一組沒有花苞出現,而第二組與第三組都開花了。

進一步的實驗,讓植物接受九小時的光照與八小時的黑暗,還是沒有開花的跡象;所以邦納與哈姆納的結論就是:

只要黑暗的時間超過臨界值,植物就會開花;所以,植物在意的是連續黑暗的時間。

接著,他們決定要讓植物的「睡眠時間」被燈光打斷,看看到底需要多麼少的光照,就可以影響植物的花期?

實驗的結果是:一分鐘!這讓他們超驚訝的,原來植物是如此的敏感,只需要「一分鐘」的光照,就足以讓蒼耳不開花!

其他研究團隊聽到這個消息,也紛紛開始進行實驗。很快的,大豆也被發現相同的現象;而另一個研究團隊則將這個發現應用在菊花上,希望能讓菊花晚一點開花。

結果,雖然菊花不如蒼耳與大豆那麼敏感,但一小時的光照也可以把花期推遲二至三個月。後來的許多測試發現,有些菊花甚至要二到四小時;於是,在秋天的晚上給菊花二到四小時的光照,就成為園…

光敏素(phytochrome)的故事(二)

前面提到,對於菸草的研究,讓加納與阿拉德開始懷疑,是外界的刺激影響到菸草的花期;當時有另一種植物也引發了他們的興趣:大豆。

由Mooers在1908年發表的論文提到,不管何時種下大豆,它都在固定的日期開花;當加納試著將大豆種在冬天有暖氣的溫室裡時,他們很驚訝的發現,大豆一下子就開花了。

這代表,對於大豆的花期來說,溫度不大重要;但是冬天不只是光照的時間不夠,光的強度也變低很多。所以,到底是光的強度還是光照時間重要呢?

加納與阿拉德注意到被薄布(cheesecloth)蓋住的植物也在同時間開花--所以,這代表著可能是光照時間比較重要吧。也就是說,如果可以成功控制光照長度,應該可以調整植物的花期。

於是就開始了令人腰酸背痛的實驗。如果是在二十一世紀的現代,我們只需要定時器來控制燈的開關;可惜當時還沒有這種設備。所以,阿拉德只好蓋了個類似「狗屋」的房子作為暗房。

暗房有空調,但是沒有窗戶。植物一旦放進去了以後,拉上門,就沒有光了。

從1918年7月10日下午四點開始,阿拉德帶著一箱正在開花的北京種大豆(Peking soybean)與三盆新種菸草進去「狗屋」裡。第二天早上九點,他再把他們拿出來。就這樣,每天上午九點、下午四點,他重複著這個工作,讓植物每天只照射7小時光照。在七月的Arlington(美國農業部實驗室所在地),每天日照的時間超過14小時。每天每天,阿拉德都來搬植物兩趟,週末也不例外。

實驗的結果呢?

新種菸草終於開始開花、結子了!而大豆在不到兩週的時間,豆莢都長大、接近成熟了。相對的,擺在外面接受14小時光照的控制組,豆莢都才剛剛長出。再兩週以後(也就是實驗開始一個月),大豆的豆莢已然成熟,葉片枯黃掉落;但控制組的豆莢都還是綠的。

於是,世界上頭一遭,植物光週期的秘密被發現了。很快的,加納與阿拉德也意識到,日照週期比起降雨、溫度、土壤肥份等因素,其實是最穩定的外界刺激來源。


加納與阿拉德在1920年於「農業研究期刊」(Journal of Agricultural Research)發表了他們的研究,並第一次使用「光週期」(photoperiodism)這個字來描述生物因為晝夜長度的比例所產生的反應。他們同時也認為,光週期應該不只是影響植物,還會影響動物。這個說法,很快就在1922年在昆蟲裡發現了。1926年,鳥類學家羅文(Rowan)也發表了光週期對鳥類…

光敏素(phytochrome)的故事(一)

研究植物的人應該不會不知道光敏素!它是植物最重要的光受器,缺乏光敏素的植物,因為感光出現障礙,所以會有輕重不一的症狀。對於不了解光敏素的功能的讀者,筆者建議可先由「植物的眼睛:光敏素」這篇開始閱讀,然後可以接著看「光敏素與光合作用(一)(二)」。

至於對光敏素已經有了解的讀者,就來聽聽筆者說故事吧!故事要從1906年說起。在1906年,菸草田裡出現了一株新種的菸草。它的葉片大而寬,植株可以長到親本Maryland Narrowleaf tobacco的兩倍大。

對於菸草農夫來說,這當然是天大的好消息。可是當他們把這個新種(被命名為Maryland Mammoth tobacco)帶到北方去種植時,它怎樣也不開花!


怎麼辦呢?這時候美國農業部(USDA)就來想辦法了。當時在農業部上班的兩位科學家,加納(Wightman Wells Garner)與阿拉德(Harry Ardell Allard)用了許多方法,想要「逼」這新種菸草開花。

他們用了許多方法,包括讓它乾一陣子、或是讓它長到滿盆(pot-bound)等,但是都不能讓它開花。但是,在實驗的過程中,加納與阿拉德注意到幾件事:

(一)、砍掉莖葉的新種菸草,後來(秋冬)開花了;
(二)、在秋天播種的新種菸草,當養在溫室裡的時候,很快就開花了;
(三)、秋天播種的新種菸草,到了四月,又開始長新芽;這新芽又是整個夏天都不開花。

所以,加納與阿拉德便開始懷疑,是否這新種菸草開花與否,跟植物的年紀沒有關係,而是受到外界的某種刺激,影響到它的花期。

當時他們並不知道,有位植物生理學界的大老Georg Albrecht Klebs在海德堡也在研究影響植物開花的因素。Klebs用一種阿爾卑斯山上的多肉植物Sempervivum funkii(卷絹)作為實驗材料。

Klebs發現,當他把卷絹在四月時放在黑暗裡兩三週以後,卷絹在夏天就不開花;但是溫度、肥料等等都不能使它開花。到1912年冬天,Klebs把卷絹連續照了幾天的電燈。妙的事情發生了!隔年的夏天,卷絹提早了三週開花!

於是Klebs下了結論:春分(spring equinox)以後,日照時間變長,刺激植物開花。

整個1914到1915年,Klebs繼續做實驗,發現植物每天需要一定時間的光照才能開花;但是他發現溫度也會影響到光照的時間。他很想繼續研究,可是在1918年,他的…

油棕(oil palm)的「惡業」使它無法量產

棕櫚油約佔植物油國際貿易的65%,而且世界對於棕櫚油的需求持續上升。但是並非所有的棕櫚樹都產棕櫚油;棕櫚油是由油棕(Elaeis屬)的果實而來的,全世界只有兩種,美國油棕(E. oleifera)與非洲油棕(E. guineensis)。其中,原產於安哥拉與甘比亞的非洲油棕,是棕櫚油的主要生產物種。
為了生產油棕,每年都有許多的熱帶雨林被破壞;而且因為砍伐的成本比焚燒要高出許多,所以在印尼與馬來西亞,多半都是用焚燒的方式來開墾原始林,不僅破壞森林,更造成嚴重的空氣污染。 最近,印尼政府才因為焚林所造成的霧霾逮捕了七個人

為了減低對生態的破壞,早在1974年,科學家便已經試圖將產油量高的油棕進行選殖(cloning),希望能以高產量的油棕苗來降低開墾新園地的需要。這種高產量的油棕,來自於兩個不同品系(durapisifera)雜交而成 ,產量比一般的油棕多了30%。

但是,選殖出來的油棕苗,有些卻長出具有極厚種皮(mantled)的果實。這些油棕的花,雌花的退化雄蕊(staminodes)以及雄花的雄蕊發育成假雌蕊(pseudocarpel),造成不育的單維花(parthenocarpic flower),且產出的棕櫚油極少。而且,更糟糕的是,不到開花結果,農夫無法預測到底這株油棕是否會結出厚皮果實來。因此,雖然油棕選殖技術早已成熟,現在的油棕園中,只有少於1%的油棕苗使用選殖苗。 

由於油棕本身也有突變種的性狀類似於厚皮油棕(稱為poissonidiwakkawakka),且厚皮性狀出現的比例並不符合孟德爾遺傳學,加上甚至還有上一代是厚皮、下一代卻回復正常的情形,因此科學家們早就認為,厚皮油棕應該是表觀遺傳(epigenetics)的結果。另外,也發現厚皮油棕的基因體甲基化的情形較野生種為低。

所以,厚皮油棕的出現,可能是某一個基因的活性,因為甲基化程度降低(hypomethylation)而產生的現象。但是,任一高等生物的基因體都至少有上萬個基因。如人有兩萬五千個基因,擬南芥有兩萬七千個基因,要在其中找到「一」個甲基化有變化的基因,不啻如大海撈針!

當然,雖說是大海撈針,如果真的想撈,只要工具對了,還是撈得到。最近,由馬來西亞與美國科學家所組成的研究團隊,終於找到了油棕結出厚皮果的原因!他們針對野生種與厚皮種,進行全基因體甲基化的分析(epigenome-wide …

野生大豆(Glycine soja)的馴化關鍵在種皮

野生的植物為了要讓自己的種子能度過嚴苛的環境,有些便演化出了不透水、不透氣的種皮,讓種子可以埋在地裡幾個月不發芽。

不過,雖然不透水、不透氣可以讓種子保存很長一段時間,但在農業上卻不利於耕作。五千年前,中國華北地區的農夫由野生大豆(Glycine soja)中選出種皮可以透水的栽培種;栽培種的大豆泡水15分鐘後種子便發脹,一兩天內便可發芽。最近,普渡大學(Purdue University)的研究團隊,為了要找出使野生大豆種皮不透水透氣的關鍵,將野生大豆與栽培種雜交後,終於找到了關鍵基因:GmHs1-1。(Hs是「堅硬種皮」hard-seeded的意思)

為什麼要找到這個基因呢?有兩個原因。第一,過去的研究發現,種皮較堅硬的大豆,所含有的鈣質較高,也就是說,營養價值較好;第二,美國的氣候較乾燥,傳統栽培種大豆的種皮,因為會透水透氣,使它們在美國的氣候下無法久儲。

研究團隊先將野生大豆與栽培種雜交,得到的雜交第一代,全部都有堅硬的種皮;也就是說,堅硬種皮的基因其實是顯性(dominant)。

接著進一步分析,找到決定大豆種皮的基因應該是位於第二號染色體。這與過去的發現相呼應。接著,研究團隊進一步深入尋找,終於在第二號染色體上找到了GmHs1-1基因,是一個類鈣調磷酸酶蛋白(calcineurin-like protein)。野生種大豆與栽培種的GmHs1-1,唯一的差別在於其中一個氨基酸因為基因突變,由蘇氨酸(threonine)變為甲硫氨酸(methionine)。

當他們把野生大豆的GmHs1-1轉殖到栽培種大豆之後,栽培種大豆便有了堅硬種皮。同時,轉殖大豆的鈣含量也比栽培種的要高。這個基因主要表現在種皮的Malpighian layer上,使野生大豆的種皮(特別是這一層)比栽培種大豆要厚。

研究團隊分析了195個來自於中國的栽培種大豆,其中只有9個品系帶有野生種的GmHs1-1,剩下的186個品系都是栽培種的序列(即甲硫氨酸突變種)。這個發現也進一步支持研究團隊的假說:GmHs1-1的確是決定堅硬種皮的關鍵基因。或許附近也有其他基因影響到種皮,但GmHs1-1的確有關鍵的決定性。

這個發現,也提供了更多的證據支持戴蒙(Jared Diamond)在「槍砲、病菌與鋼鐵」中提到,作物要馴化,初期性狀的改變多半都只是一個或兩個基因的變化所造成;畢竟古人並不是什麼遺傳…

道氏的新款除草劑Enlist Duo可能會被下架

隨著廣效性除草劑「年年春」(嘉磷塞,glyphosate)逐漸失去神效,道氏(Dow AgroSciences)在去年推出新款的除草劑 -- Enlist Duo。


說是新款,其實只是把嘉磷塞與2,4-D合併使用。美國的環保署(EPA,Environmental Protection Agency)在去年核准它上市,但是最近卻發現,這種殺草劑對生態的影響,可能比原先預估的為高。

在廠商提供的使用說明裡,建議農民應維持至少九公尺的緩衝地帶(buffer zone),以免其他植物受損;但環保署最近發現,九公尺的緩衝地帶似乎不夠。因此,環保署在十一月二十四日向法院遞件,希望可以撤銷Enlist Duo的使用許可。

隨著基改抗蟲作物已經必需以所謂的pyramid strategy(導入兩個或更多的抗蟲結晶蛋白)才能發揮功效,現在連殺草劑也必需要兩種同步使用...筆者真的很擔心有一天田裡到處都是超級雜草與超級害蟲啊...

參考文獻:

Britt E. Erickson. 2015/11/30. Setback For Dow’s Duo Herbicide. Chemical & Engineering News.

世界上最古老的花

過去科學家以為,世界上最古老的花是遼寧古果(Archaefructus liaoningensis,如上圖)的花;最近發現,一百多年前在西班牙的庇里牛斯山(Pyrenees)發現的水生植物Montsechia vidalii的花才是最古老的。

過去這種植物未曾被仔細檢驗過。因此,它曾被歸類為地錢、木賊、針葉樹等植物。這次,為了仔細檢驗這種植物的化石,科學家們花了整整六年的功夫--因為它埋在石灰石裡。為了能夠仔細地檢查它的結構,科學家們非常小心地一滴一滴的滴上鹽酸,將它從石灰石中溶解出來以後,再以舒爾茨試劑(Schulze reagent):先以硝酸與氯酸鉀處理後,再以稀氨水的水浴浸泡去除角質層以利觀察。

科學家檢驗了超過1000條枝條的化石後發現,Montsechia vidalii沒有根、也沒有花瓣。它的枝條有兩種型態,一種有對生葉,另一種則是輪生葉。果實主要出現在輪生葉的枝條上,很少在對生葉的枝條上發現。由於這兩種枝條上的雌花型態相同,因此科學家們認定這兩種枝條都屬於Montsechia vidalii

Montsechia vidalii的角質薄而氣孔少,生存在白堊紀(Cretaceous period)的淡水淺湖裡。Montsechia在型態上與金魚藻屬的植物(coontail,Ceratophyllum)很類似,雌花的頂端有孔,珠柄的位置顯示了種子(胚珠)是倒置的。雄花的花粉應該是以水為媒介帶到雌花頂端的孔後,才能完成傳宗接代的大事。

根據發現地點附近的其他動植物化石,科學家們認定Montsechia vidalii應該是生存在一億三千萬年前,這使得它比遼寧古果的年代(一億兩千五百萬年前)還要更早。

雖然近代只有小於百分之五的水生種子植物依靠水為媒介傳粉,但在一億三千萬年前,那時候昆蟲還不是傳粉的主要媒介生物;因此原始的種子植物以水傳粉也是非常合理的。

在槇原敬之的「世界上唯一的花」裡面的最後一段提到:

無論大花或小花
都不是相同之物
無法成為No.1也好
原本就是最特別的Only one

這世界上最古老的花,或許在當時也是唯一的花吧!儘管沒有花瓣、又小又不起眼,但它的確是最特別的only one,因為現在我們看到的、許許多多的開花植物,大概都是從它開始的喔!

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

參考文獻:

Gomez B. an…

苦味造成野生南瓜屬(Cucurbita)植物滅絕

自從人類學會了務農以後,人類與植物間的互動,便對彼此的命運便產生了深遠的影響。原產於美洲的南瓜屬Cucurbita)植物,包括南瓜(Cucurbita moschata)、北瓜(Cucurbita pepo)與筍瓜(Cucurbita maxima)等爬藤性植物。在遠古時代,南瓜屬的植物曾經很普遍,也是如乳齒象(mastodon)等巨大哺乳動物的重要食物。在乳齒象的糞便化石中,可以找到完整的南瓜屬植物的種子。

但到了全新世(Holocene)以後,南瓜屬的植物的數量開始急速下降。到現代,大部分的南瓜屬植物在野外都看不到了;它們成了菜園裡的農作物。究竟大部分野生的南瓜屬植物都去了哪裡呢?

由美國與歐洲的學者所組成的研究團隊,為了解開這個謎團,他們進行了19種古代、30種現代野生以及42種栽培種南瓜屬植物的葉綠體DNA定序。

定序分析的結果發現,南瓜屬的植物在美洲被馴化了不只一次,但是被馴化的種類都是較不帶苦味的品種。那些苦味比較重,也就是製造較多葫蘆素(cucurbitacin,一種三萜類化合物)的種類,都沒有被馴化。


對人類來說,當然是有甜味的比較好吃;但是難道其他動物也對苦味那麼敏感嗎?但是乳齒象好像又不在意苦味?

研究團隊為了解開這個謎題,分析了38種動物的基因體裡面的苦味接受器TAS2R基因,以了解不同動物對苦味的敏感度。結果發現,越大的動物對苦味越不敏感,越小的動物越敏感。或許是如此,造成到近代,當如乳齒象這類的巨大動物紛紛絕種之後,由於沒有動物採食這些苦味較重的南瓜屬植物的果實,造成種子無法散播,於是便漸漸地越來越少了!

不過,筆者倒是很好奇,為什麼小型的動物對苦味比較敏感呢?植物合成葫蘆素是為了讓自己變得不好吃,而且對於動物有不同程度的毒性,為什麼大型動物對它反而不敏感呢?葫蘆素總共有大約19種,在目前可見到的南瓜屬植物中,可以找到B、D、E、I這四種,筆者查詢了網路,似乎沒有太多有關所有葫蘆素的毒性試驗,只有針對A、B、C、D、E、I這六種的測試結果。所以,這部分只能去假設,這些目前仍存於可食用的南瓜屬植物中的葫蘆素,應該毒性都不算太高,雖然曾有「毒瓜症候群」的出現,但好像也不算頻繁,否則應該沒人敢吃南瓜屬的植物了吧?

參考文獻:

中國植物志。南瓜屬

Logan Kistler, Lee A. Newsom, Timothy M. Ryan, …

只有基改作物會噴農藥?

在2015/11/17的「華人健康網」的「豆漿喝對了嗎?小心基改黃豆地雷」裡面提到,『基改飼料黃豆從栽培過程就和食用黃豆不一樣,從栽培到採收全程大量使用農藥。』這是很明顯的誤導民眾,讓民眾以為只有基改作物會噴農藥。

事實上,只要以慣行農法種植的作物,都會噴農藥,包括除草劑、殺蟲劑等等;只有以有機栽種的方式種植的農作物,才會使用較少的農藥。

有機栽種除了以田間管理來減少蟲害與雜草以外,也還是會視情況使用一些如蘇力菌、礦物油、辣椒水等天然成分製成的殺蟲劑。

有機主要的概念是對土地友善,而基改目前最大的問題是對生態造成影響;至於慣行農法,當然對土地不夠友善也對生態會造成影響。

因為大部分的基改作物若不是含有抗殺草劑(嘉磷塞、glyphosate,商品名為年年春)基因,就是含有蘇力菌的結晶蛋白(一般稱為Bt蛋白);於是種植基改作物的農夫會噴洒年年春這類的「全效性」殺草劑,由於什麼植物遇到年年春都會死,久而久之當然對附近的生態造成影響。而Bt蛋白是否對生態有影響,目前尚未有定論。

如果要將慣行農法種植的黃豆與基改黃豆來比,兩者噴洒的農藥量應該不會有太多差別,只是種類不同而已。慣行農法種植非基改黃豆,殺蟲劑少不了,殺草劑不能噴年年春,但是還是要噴其他的殺草劑。否則草長得到處都是,怎麼會有收成呢?

歐盟:嘉磷塞致癌性不高

歐盟食安委員會(EFSA,European Food Safety Authority)在今天(2015/11/12)釋出了一份報告:

嘉磷塞(年年春)在每公斤體重0.5毫克(0.5 mg/kg of body weight)的急性參考劑量(Acute Reference Dose,ARfD)下,致癌的風險不高(unlikely to be carcinogenic)。

但EFSA也建議未來食物中殘留嘉磷塞的量要加以控制。建議的每日容許量為每公斤體重0.5毫克。

參考資料:

Glyphosate: EFSA updates toxicological profile.

大風子(Hydnocarpus wightiana)

大風子(Hydnocarpus wightiana,Chaulmoogra)是鐘花科(Achariaceae)大風子屬的多年生闊葉樹。種子可榨油,含有多種不同的脂肪酸(大風子酸,chaulmoogric acid,gorlic acie,低級環同系物,肉荳蔻酸,棕櫚酸,硬脂酸,棕櫚油酸,油酸,亞油酸和亞麻酸,參考資料),對於皮膚病具有療效;在印度與中國,大風子油用來治療痲瘋(leprosy)。

在台北八里的樂山教養院,早年創辦人英國籍醫療宣教士戴仁壽(Dr.George Gushue-Taylor)來台前,曾赴印度引進當年治病靈藥「大風子油」,並在院內遍植80棵原產於東南亞的大風子樹。不過大風子油副作用多,且當年未能取得提煉技術。

目前園內僅存2棵大風子樹,屹立已近百年,為國內碩果僅存的「醫療樹」。

參考資料:

2015/11/6。中時電子報。大風子樹 見證百年醫療史。

董英義.陳秀麗。2010/10。戴仁壽醫師傳 Dr.George Gushue-Taylor 自序

香菜的氣味

喜歡香菜嗎?還是討厭?討厭香菜的人總是說香菜有肥皂味,喜歡的人當然不覺得⋯

香菜(Coriandrum sativum)的氣味主要來自於它的醛類(aldehyde )化合物,包括不飽和的癸醛(decanal)、十二碳醛(dodecanal)、(E)-2-十碳烯醛、(E)-2-十二碳烯醛。其中以(E)-2-十碳烯醛與(E)-2-十二碳烯醛,對討厭香菜的人來說,就是肥皂味的來源。

2012年的ㄧ個大型研究,找到了「肥皂味」的基因:位於第十一號染色體的OR6A2嗅覺受體。

科學家們還發現:討厭香菜的人,女多於男;而非洲黑人、中南美洲人、東亞人、南亞人比較不敏感。根據德國《世界報》(DIE WELT)報導,有約2成的歐洲人認為香菜就是一種草本植物,與其他植物、香料無異。但在東南亞的情況就大不相同,不但普遍討厭香菜,有約2成的民眾不願意嘗試吃香菜。但在經常使用香料的中東地區,高達9成鍾愛這類的味道。

如果你是香菜的愛好者,下次有朋友說他討厭香菜,你就知道他的OR6A2嗅覺受體跟你的不一樣了。

參考文獻:

N. Ericsson et al., 2012. A genetic variant near olfactory receptor genes influences cilantro preference. Flavour. 1:22

2015/11。香菜聞起來根本不香? 原來是基因作祟。健康醫療網。

植物也會用神經傳導物質GABA?

動物與植物長得大大不同,不論是生理或解剖上都是天差地遠;也是因此,在第一次發現植物也會使用類固醇--即所謂芸苔素(brassinolide)時,真的是「轟動武林,驚動萬教」!

一時之間,芸苔素以及它的訊息傳導路徑成為顯學,許多研究植物賀爾蒙的研究室都紛紛投入研究。筆者躬逢其盛,雖沒有參與研究,卻也在其中的一間實驗室親眼看到,新進的博後紛紛表達意願要投入芸苔素的研究,真的是好熱鬧呢!

最近,發表在「自然通訊」期刊(Nature Communications)上的一篇論文,解答了超過半世紀以來的疑惑:γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,簡稱GABA),原本以為只是植物的代謝產物,其實也負責植物對外界壓力的反應,而且作用模式跟它在動物裡的作用模式有頗多相似之處呢!

研究團隊發現,植物在感受到壓力(如陰離子上昇、土壤酸性升高等)時會分泌GABA,這會使得「鋁活化蘋果酸運輸蛋白1」(ALMT1,aluminium-activated malate transporter)受到抑制,使蘋果酸(malate)外流的速度大大降低,讓植物在壓力狀況下不會流失過多寶貴的有機化合物。同時,植物的生長速度也會大大減緩。

ALMT1平常負責感應陰離子以及三價鋁離子(Al3+)濃度,造成細胞膜去極化,氫離子(H+)外流,促進植物生長;為什麼氫離子外流就能促進植物生長呢?因為當氫離子流出到細胞壁,會使得細胞壁空間(apoplastic space)的液體變酸,酸性pH可以活化位於細胞壁的擴張蛋白(expansin)。活化的擴張蛋白會使細胞壁纖維素之間的氫鍵鬆開,植物細胞便可以吸水長大。

當植物感受到環境壓力時,GABA分泌,抑制ALMT1,使細胞膜高度極化(hyperpolarization),與動物的GABA對神經元上的GABA受器的作用類似。而且,植物的ALMT1也與動物的GABA受器一樣,可以被蠅蕈素(muscimol,來自毒蠅傘 Amanita muscaria)抑制,產生類似與GABA結合的效果;也可以被荷包牡丹鹼(bicuculline,取自紫菫科植物)刺激而活化呢!

不過,ALMT1究竟與動物的GABA受器有多相似呢?研究團隊分析了ALMT1的蛋白質結構後發現,除了與GABA互動的12個氨基酸以外,這兩種受器之間的相似性很低。當然,考慮到這兩種受器在個別生物體中…

轉譯(translation)也受到生物時鐘的調控

過去對生物時鐘的研究,多半都著眼在轉錄(transcription)作用上,在阿拉伯芥,目前已知有三分之一的基因的轉錄受到生物時鐘的調控;而這些基因則是經由三群時鐘基因(clock genes)經由互相抑制來管理什麼時候要表達什麼基因:早晨基因(morning gene)如CCA1與LHY會抑制如TOC1,LUX,ELF3,ELF4等傍晚基因(evening genes),傍晚基因會抑制PRR5,PRR7,PRR9等白晝基因(day genes),而白晝基因又抑制早晨基因。不過,轉譯(translation)是否也受到生物時鐘的調節呢?

當信息RNA(mRNA)與核糖體(ribosome)結合時,由於核糖體的質量較大,信息RNA便可以被離心下來;而且越多核糖體連接到信息RNA上(也就是所謂的多核糖體polysome結構)就越重,越容易被離心下來。於是,德國與美國學者組成的研究團隊,利用差異化離心(differential centrifugation)技術,找尋是否植物會在一天中不同的時間合成不同的蛋白質。

他們發現,相對於轉錄,植物的基因只有15%在轉譯時有呈現節律性。在這15%裡面,包括了粒線體細胞呼吸的酵素與核糖體的蛋白質,在晚上的時候產生最多;以及光合作用的光系統I(PSI),在晚上與黎明時產生最多;至於光系統II則在黎明時產生較多。不過,光系統的天線--光收穫複合體(LHC,Light Harvesting Complex)則在白天產生較多。

由於時鐘基因都是轉錄因子,究竟是什麼基因調節這些基因的轉譯呢?這有待進一步的研究。有意思的是,在細胞呼吸中,醣解作用(glycolysis)的兩個重要的調節點:PFK-1(phosphofructokinase)與pyruvate kinase,它們的轉譯也受到晝夜節律的影響。

當研究團隊將植物放在連續光照的狀況下時,他們發現雖然植物的蛋白質的產生還是會有節律性,但這個節律卻不是二十四小時,而是比二十四小時要長一點。而且如果把時鐘基因CCA-1高量表現時,植物的蛋白質產生的節律性,就變得只聽命於光照,不再受到內生性節律的調控了。

參考文獻:

Anamika Missra, Ben Ernest, Tim Lohoff, Qidong Jia, James Satterlee, Kenneth Ke and Alb…

是「狼來了」嗎?基改小麥趕不走害蟲

蚜蟲(aphids)是小麥的主要害蟲之一。牠不只是吸取小麥的汁液,影響了收穫量而已;為了要找個安全的地方下蛋,有些蚜蟲還會在葉片上注射毒素,使葉片枯黃縐折,好製造一個可以安全產卵的地方;另外,蚜蟲也是許多病毒的媒介。頭痛的是,很多蚜蟲都已經對農藥有抗藥性了。

不過,蚜蟲還是有牠的天敵,包括寄生蜂以及瓢蟲等。當蚜蟲被寄生蜂攻擊時,會釋放出一種倍半萜費洛蒙(E)-β-farnesene(Eβf)警告周圍的蚜蟲,於是還沒有被攻擊的蚜蟲們便開始四散奔逃。除此之外,Eβf還能把寄生蜂吸引來,捕捉更多的蚜蟲喔!

來自英國洛桑研究所(Rothamsted Research)的科學家們認為,如果能夠讓小麥可以隨時隨地釋放Eβf,或許這樣可以使小麥免於被蚜蟲入侵?

聽起來像個蠻好的想法。而且,在1983年於一種野生馬鈴薯發現,它也會製造Eβf來趕走蚜蟲、吸引寄生蜂。於是,研究團隊便開始試著讓小麥可以表現Eβf。

研究團隊將薄荷裡面的一個類似於Eβf合成酶的酵素略加改造後,將這個酵素以及另一個稱為FPPS的酵素(負責合成更多Eβf合成酶的受質)轉入植物後,它便可以合成Eβf了。一開始先轉入阿拉伯芥,也得到了滿意的成果後,於是便開始進行小麥的轉殖。但是在小麥裡酵素的表現卻不是那麼令人滿意,也造成Eβf的產量低到無法偵測。最後,研究團隊把兩個酵素都放進葉綠體中,才能夠偵測到令人滿意的Eβf表現量。

得到可以表現Eβf的基改小麥後,緊接著就要測試是否能驅蟲了。實驗室的測試結果OK,但是接著的田間測試,一開始就差點做不成!原來在測試前,被「Take the Flour Back」這個團體聽到消息,威脅要把測試的基改小麥連根拔起;後來經過科學家們的公開呼籲以及媒體辯論後,終於可以進行田間測試了。只是,為了防止轉殖基因外流以及可能的人為破壞,籬笆與安全措施總共花了兩百二十萬英鎊,足足可以養整個研究團隊十五年。研究團隊測試了三批小麥:2012與2013春播,以及2013秋播。令人失望的是,田間測試的結果發現:2012與2013年春播的小麥,轉殖基因好像一點用也沒有;表現Eβf的基改小麥上面的蚜蟲數目並沒影顯著減少。2013年秋播的好像有一點點差別,不過也在誤差範圍內。

到底是怎麼回事?會是因為那兩年的夏天又濕又冷,造成蚜蟲比往年都少的緣故嗎?還是因為基改小麥跟蚜蟲不一樣的行為:蚜蟲只有在被咬的時…

雨來菇 Nostoc commune

雨來菇是一種藍綠藻Nostoc commune,因為可以固氮,所以能夠生長在沒有氮源的地方。

雨來菇通常在下雨過後才會出現在山區草地,晴天烈日時又會消失無蹤因而得名。

野生的雨來菇產量難控制,近年來屏東滿州不少民眾開始人工繁殖。 在空曠的土地鋪上碎石塊,灑上菌種,抑制雜草生長,以水噴灌,植菌後2周就可以收成,以往雨季才能吃到的雨來菇,現在一年四季都吃得到。

國外的俗名包括star jelly, witch's butter(女巫的奶油), mare's eggs(母馬蛋)等。

參考新聞:

憶夫思兒 滿州阿嬤種雨來菇

不只有偷懶的螞蟻,也有偷花粉的蜜蜂

花粉是蜜蜂重要的蛋白質來源,而植物為了讓蜜蜂在採蜜與花粉時一定會幫忙授粉也費盡心思。有些植物會把花粉關在花藥(anther)裡面,蜜蜂一定要從特定的開口進去才能拿到花粉---如此一來,蜜蜂就弄得滿身花粉,出來的時候就不小心順便幫植物完成終身大事了。

但是有些蜜蜂就是天生賊相。在墨西哥研究壺萼刺茄(buffalo bur, Solanum rostratum)的研究團隊發現,歐洲蜜蜂(European honey bee,Apis mellifera)因為體型小,可以偷到花粉但不幫忙授粉。如此造成了歐洲蜜蜂造訪過的壺萼刺茄,有80%的花沒有被授粉。


歐洲蜜蜂怎麼會出現在美洲呢?其實當初也是刻意引進想要作為授粉的媒介的,卻沒想到因為體型較美洲的蜜蜂小,所以產生這樣的結果。

壺萼刺茄的花是數萬年來與美洲原生的蜜蜂共演化之後,造成現在的大小。只要來採花粉的是美洲蜜蜂,壺萼刺茄就可以順利授粉了。 所以,新物種的引進,常常也會產生意想不到的害處。只是不知道當初引進歐洲蜜蜂想要授粉的目標物種是否有達成目的呢?

參考文獻:

Lislie Solís-Montero, Carlos H. Vergara, Mario Vallejo-Marín. High incidence of pollen theft in natural populations of a buzz-pollinated plant. Arthropod-Plant Interactions, 2015; DOI: 10.1007/s11829-015-9397-5

【食安小檔案】苯甲酸(benzoic acid)

苯甲酸(benzoic acid,C6H5COOH)是白色結晶,作為防腐劑通常的用量是介於0.05-0.1%之間,在台灣,膠囊狀、錠狀食品可用到0.2%(每公斤2克)。

這次的麵條,驗出來的每公斤為2.65克,已經超過合法標準;更何況它不得使用於麵條。

為什麼麵條不能放苯甲酸呢?

若是濕麵條,通常很少放到隔天,這樣根本沒有加防腐劑的必要。

若是乾麵條,苯甲酸的每日容許攝取量為每公斤體重五毫克(5mg/kg)。一個60公斤的成人每天最多300毫克。如果麵條裡面有0.1%(每公斤1克),他只要吃300克的麵條就達標了。雖然一餐吃半斤麵條有點多,兩餐吃半斤麵條(每餐四兩)應該還好。也就是說,添加在主食裡面,很容易超標,所以不能放。 除此之外,乾麵條因為水分少(行話叫做「低水活性」),不管是真菌還是細菌,在這樣的環境裏都無法生長,所以也是不需要加防腐劑的。倒是乾燥劑會比較需要,保持乾燥就可以抑制細菌與真菌生長了。

苯甲酸的英文名稱benzoic acid來自於benzoin resin(安息香樹脂),因為苯甲酸最早是由安息香樹脂萃取得來,所以它也有另一個名字叫做安息香酸。在1556年,諾斯特拉達姆士(Nostradamus)以安息香樹脂乾餾取得了苯甲酸。


植物會產生苯甲酸,它是植物合成次級代謝物途徑裡的中間產物之一。許多莓果(berry)中苯甲酸的含量可達0.05%,而越橘屬(Vaccinium)的果實,如小紅莓(cranberry)、越橘(bilberry)等,苯甲酸的含量最高可達0.13%(介於0.03%-0.13%)。

附錄:

麵條米粉違法添加漂白防腐劑 流入市面

2015/10/02 16:08 最新更新:2015/10/02 17:28
(中央社記者陳朝福高雄2日電)高雄地檢署查獲大量農產公司販售的陽春麵條含苯甲酸、米粉含二氧化硫超標,已流入南、高、屏地區的麵食批發商、商店、飲食店、麵攤等300多家,也流入監所等矯正機關。

高雄地檢署今天表示,所查獲的濕米粉中「二氧化硫」(漂白劑)含量達0.048g/kg(標準值不得超過0.01g/kg),陽春麵條含有禁止添加於主食麵條防腐劑「苯甲酸」2.650g/kg。1041002

雄檢查獲黑心米粉麵條 2業者交保

(中央社記者陳朝福高雄2日電)雄檢偵辦大量農產公司販售含苯甲酸陽春麵條及含二氧化硫超標米粉案,傳訊大量農產負責人…

米的顏色

您知道野生稻(Oryza rufipogon)其實是結紅米嗎?但是栽培稻(Oryza sativa)的米粒是白色的,這是因為栽培稻中的一個Rc basic helix-loop-helix (bHLH)基因有缺損,造成原花青素(proanthocyanidins)無法累積造成的。


至於黑米則是花青素(anthocyanin)累積的產物。黑米的起源已不可考,但在亞洲,黑米的食用以及育種也已經是相當久遠的一件事了。

最近,日本的研究團隊發現,原來黑米的產生是因為Kala4 bHLH基因過量表現造成。這個基因為什麼會過量表現呢?因為在它的啟動子(promoter)區域發生重組,造成它的表現量大大上昇,而且在原來不會表現的地方也表現了。

進一步的分析顯示,黑米的基因應該是從熱帶亞洲稻(tropical japonica)開始出現的,後來透過雜交與育種,被帶進去亞洲秈稻(O. sativa subsp. indica)中。

由於民間相信紅米與黑米營養豐富,是好的補品;筆者推測應該是因為這樣,使得黑米的基因被帶到栽培稻中吧!

不過,因為花青素可溶於水,所以洗黑米與紅米的時候,水會變成黑色或紅色...這可不是黑心米唷!當然,找可靠的廠商採購黑米與紅米,也可以避免攝食不必要的食品添加物,這也很重要啦!

參考文獻:

Takeshi Izawa et. al., 2015. The Birth of a Black Rice Gene and Its Local Spreadby Introgression. Plant Cell.

葉綠體網絡幫助植物抵抗外敵

就如粒線體(mitocondria)一樣,植物細胞中的葉綠體(chloroplast)也並非是一顆顆互不相連的。早在1944年便已經發現,葉綠體之間存在著稱為基質絲(stromules)的構造。過去觀察到基質絲在植物的根部與真菌共生時、澱粉粒形成時、以及生物或非生物性的壓力出現時都會產生,但究竟基質絲的功能為何?科學家們曾經發現植物質體(plastids,包括葉綠體等所有植物的半自律胞器的總稱)之間似乎可以透過基質絲進行物質交換,但這被認為並非基質絲的主要功能。

最近,加大戴維斯分校(University of California,Davis)的研究團隊發現,原來葉綠體的基質絲,在植物細胞被病菌或病毒入侵時,可以通風報信,將自己產生的過氧化氫等前凋亡信號(pro-PCD signal)送到細胞核,而包括過氧化氫(H2O2)與水楊酸(salicylic acid,SA),都會引發葉綠體產生更多的基質絲。

當植物受到病原體(病菌/病毒)入侵時,通常會產生所謂的HR反應(Hypersensitive response)。HR反應指得是在病灶周圍的細胞全部死亡的現象,如此一來,由於病原體無法感染死亡的細胞,也就無法繼續感染更多的植物組織(楚留香說:死人是不會說話的。筆者曰:死細胞是無法被感染的。)。HR反應中的細胞死亡,類似於動物細胞中的細胞凋亡,但在植物中的細胞凋亡稱為PCD(programmed cell death),且並非如動物由粒線體啟動,而是由葉綠體啟動的。

植物的葉綠體在病原入侵時,會產生包括過氧化氫、水楊酸、一氧化氮以及超氧化物(O2-)。除了葉綠體以外,植物的細胞膜也會產生自由基(過氧化氫與超氧化物)。不過,葉綠體在植物的PCD中似乎是擔任了主要的角色。

因此,研究團隊對於葉綠體的基質絲,究竟是否在植物的HR反應中擔任一角產生了興趣。於是,他們將病菌或病毒的蛋白在植物細胞中表現,發現不論是病菌或病毒的蛋白,都可以引發基質絲的產生。

由於這些病原體的蛋白質會引發植物細胞產生前凋亡信號,於是研究團隊進一步測試,在沒有這些蛋白時,若只是加入過氧化氫或水楊酸時,是否會引發基質絲的產生?結果是,只要加入過氧化氫或水楊酸,葉綠體們就會產生基質絲。

顯微鏡下的觀察發現,在病原體蛋白或前凋亡信號存在時,葉綠體所產生的大量的基質絲圍繞著細胞核;甚至可以觀察到葉綠體團團…

殺蟲劑與糖尿病的關連

糖尿病的發生,近年來被認為是遺傳和環境因素都有影響。新的證據表明,包括殺蟲劑等環境污染物,可能在糖尿病的發病機制中擔任重要的角色。

由希臘與英國倫敦帝國學院的科學家們所組成的研究團隊,在今年的歐洲糖尿病研究協會(EASD,European Association for the Study of Diabetes)年會上,提出了一項薈萃分析。這個分析涵蓋了21筆研究報告。研究團隊發現,接觸殺蟲劑會提升患糖尿病的風險達61%,而且風險程度依不同類型的農藥而有不同。

在這項研究中,研究人員選取的21筆研究,總共牽涉了66,714人,包括5,066個病例以及61,648個控制組。

研究中所牽涉到的農藥包括氯丹(chlordane)、oxylchlordane、反式九氯(trans-nonachlor)、DDT、地特靈(DDE dieldrin)、七氯(heptachlor)和六氯苯(HCB)。幾乎在所有的研究分析中,農藥暴露都是經由血液或尿液生物標記分析(目前公認最精確的方法)來確認。

研究人員發現,農藥的暴露造成罹患任一類型糖尿病的風險增加了61%。當研究人員把範圍縮小到第2型糖尿病時(涵蓋了12筆研究),接觸農藥的風險增加為64%。

所以,只要接觸了上述的任何一種農藥,罹患任一類型的糖尿病的風險都提升了。過去以老鼠為實驗模型的研究也發現,懷孕時暴露於DDT,未來子代罹患代謝症候群的可能性會上昇;這項新的研究更進一步地將殺蟲劑對人類糖尿病發生的影響突顯出來。

參考文獻:

2015/9/15. Analysis of 21 studies shows exposure to pesticides is associated with increased risk of developing diabetes. Science Daily.

咖啡讓你失眠是因為影響了你的生物時鐘

晚餐後,來杯咖啡如何?

筆者不知道多少人喜歡餐後來杯咖啡,但它可以讓筆者整夜在枕上徘徊!所以,筆者在下午兩點後就不敢喝咖啡了。但是,有多少人知道,其實傍晚的一杯咖啡,不僅會影響睡眠,也會重新設定人體的生物時鐘。

在「科學轉譯醫學」(Science Translational Medicine)期刊中的一篇研究報告指出,在睡前3小時接受相當於一杯濃縮咖啡的劑量的咖啡因,平均可造成生物時鐘往後撥40分鐘的效果。

在實驗中,五名志願者在他們的正常就寢時間之前幾個小時,服用咖啡因藥片或安慰劑藥片,然後暴露在昏暗或明亮燈光下,來觀察咖啡因的效果。由於受試者只有五人,因此研究團隊讓每個受試者都接受各組不同條件的測試,使他們可以作為自己的對照組。

結果發現,咖啡因的效果大約等於置身於明亮的燈光下的一半強度。研究團隊同時也發現,以人體細胞株來接觸咖啡因,也可以造成生物時鐘延長的效果。

不過,既然咖啡因可以調整生物時鐘,這也意味著在長途旅行後,若能抓對時機喝咖啡,可以幫助人們更快地調整時差。所以,對於那些喝咖啡會失眠的人來說,或許只有長途飛行後才能在晚餐後「來一杯」吧。

 參考文獻:

 Gretchen Vogel. 2015/9/16. Coffee disrupts the body’s internal clock. Science Now.

野生的玉米如何變好吃

農作物的演化,一直都是很好的研究題目。由於人為的選擇,使得農作物在短短數百年、千年的時間裡由不起眼、小小變成又大又好吃、令人垂涎欲滴的果實。

過去的考古證據顯示,玉米(Zea mays)約在九千年前於墨西哥的巴爾薩斯谷(Balsas Valley)馴化,它的祖先是蜀黍(大芻草,teosinte,下圖最上方)。由於蜀黍與玉米不論是植物型態以及果實大小都相差極大,過去曾經對於到底蜀黍是否真的是玉米的祖先有許多爭議。不過,分子生物技術的進步,使得相關的爭議已經成為過去式了。

過去數十年對玉米與蜀黍的研究已經發現,決定他們的型態如此不同的關鍵,共有六個區域。其中兩個位於第一號染色體上,其它四個分別位於二號、三號、四號、五號染色體(1)。有些基因影響到玉米植株的型態,有些則影響玉米的果實。

位於第四號染色體上的區域,便是影響玉米果實的基因所在。玉米的果實大、種子柔軟;而蜀黍的果實不但小,種子外面還有一層硬殼。究竟蜀黍是怎麼變成好吃的玉米呢?

威斯康辛大學的研究團隊發現,讓蜀黍的硬殼消失的關鍵,竟然就僅僅是一個基因上面的一個氨基酸的改變(2)!

這個基因稱為「蜀黍穎結構基因1」tga1teosinte glume architecture1)。由於它位於第十八個鹼基的序列從G(鳥糞嘌呤,guanine)變為C(胞嘧啶,cytosine),使得玉米的tga1的第六號氨基酸由原來蜀黍的賴氨酸(Lys,lysine)變為天冬酰胺(Asn,Asparagine)。

就只是這麼一個氨基酸的變化,使得玉米的TGA1蛋白,從單純辨認DNA上面的GTAC序列的啟動子結合蛋白(promoter-binding protein),成為抑制基因表現的阻抑蛋白(repressor)。成為阻抑蛋白的玉米TGA1,不只是跟蜀黍TGA1一樣,會辨認DNA上面的GTAC序列,還會兩兩結合形成雙體(dimer),抑制相關基因的表現,使得種子變軟、側枝減少、支持根增生降低(prop roots)。

不過,研究團隊認為,TGA1的突變主要的影響發生在玉米種子上。為什麼會這樣認為呢?因為過去在其他tga1基因發生缺失的植物中,也並未觀察到除了果實型態以外的性狀;因此研究團隊認為TGA1的突變,主要造成種子不再被一層硬殼包覆;這層硬殼轉而在玉米的穗軸重新部署,形成軸心。至於其它的性狀(側枝的產生以及支持根增生減少)…

草地夜蛾(Spodoptera frugiperda)可不是不衛生的蟲喔!

草地夜蛾(Spodoptera frugiperda)的幼蟲會啃食玉米的葉片,啃完以後還會把便便拉在剛剛用餐的地方。在我們看來,這就像吃完飯以後在餐桌上大便一樣的不衛生!但是這個行為卻引起了科學家的注意:為什麼牠要這麼做呢?

為什麼這件事值得注意?因為過去的研究發現,毛毛蟲的唾液以及植物葉片傷口的分泌物綜合起來,會刺激植物產生稱為「誘導子」(elicitor)的物質,而誘導子會引發植物分泌茉莉酸(JA,jasmonic acid),接著茉莉酸會使植物產生一些物質,而這些物質會使毛毛蟲覺得植物嚐起來很難吃。甚至,有些玉米會因此而產生一些揮發性物質。這些揮發性物質的構造類似於寄生蜂的費洛蒙,可以將寄生蜂引來之後...幫植物殺死這該死的毛毛蟲(誰說植物沒有報復心?)。

因此,照理來說,毛毛蟲應該要努力避免在植物的傷口上留下什麼吧!那麼,為什麼草地夜蛾要在剛剛吃過的地方上廁所呢?

因此,賓州州立大學(Pennsylvania State University)的研究團隊,收集了草地夜蛾的便便並萃取後,把便便萃取物噴在剛剛被啃咬過的玉米葉片上。

結果很有意思。研究團隊發現,當傷口接觸到便便萃取物以後,玉米葉片便停止產生茉莉酸。取而代之的反應是,在24小時後,另一種化合物,水楊酸(SA,salicylic acid)產生了。


水楊酸與茉莉酸這兩種化合物在植物中不會同時產生。當植物傷口接觸到便便萃取物後,茉莉酸的產生就會急速下降,水楊酸則開始產出。而且,接觸越多的便便萃取物,這個反應越明顯。

與茉莉酸不同的是,水楊酸在植物的效用,主要在於抑制病原體(細菌與真菌)的繁殖。研究團隊發現,便便萃取物可以抑制玉米大斑病(Southern corn leaf blight,由格孢腔菌目Pleosporales的真菌引起)的發生。

當然,對草地夜蛾來說,由於便便裡面的物質會抑制茉莉酸的產生,因此玉米的葉片不會產生噁心的味道;於是牠便可以開懷大嚼,就可以很快的變胖又變高了!但是對於研究這個現象的團隊來說,他們比較感興趣的是,如果能把便便萃取物中的關鍵物質找出來,或許就可以開發抑制格孢腔菌屬的生物製劑?只是不知道噴洒在完整的葉片上是否有相同的效果呢?筆者從論文目前的結果看來,噴洒在完整的葉片上似乎只有一點點抗真菌的效果;所以這便便萃取物,似乎也沒有這麼好用吧!

參考文獻:

Luthe D.S…