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種皮的角質(cutin)幫助種子植物征服世界

全世界的植物大約有四十萬種,其中種子植物約有二十五萬種;但是我們放眼望去,大部分看得到的植物都是種子植物(Spermatophyte)。雖說種子植物是植物中最進化的一類,但是進化程度高也並不代表就一定能夠成為地表上的優勢物種。究竟為何種子植物能夠征服地球呢?

最近的研究發現,一部份的關鍵在種皮。種子植物具有不透水的種皮,使得種子內的胚胎可以熬過惡劣的環境,等待適當的時機再發芽成長。 種皮之所以不透水,是由於角質(cutin);角質主要由六種脂肪酸(如下),經由長鏈酰基輔酶A合成酶(long-chain acyl-CoA synthetase)、脂肪酰基ω羥化酶(fatty acyl ω-hydroxylases)以及甘油-3-磷酸O-酰基轉移酶(glycerol-3-phosphate O-acyltransferase)的共同作用,形成被稱為角質層(cuticle)的厭水性聚合物網絡來阻止水分進入。
因為有角質層,使得植物的胚胎與外界隔絕,種子得以長時間保存。

不過角質層也並非百分之百防水、不透氣;因此,如果真的想要長久保存種子,還是把種子放在攝氏15度以及相對濕度40%的狀況下,是比較理想的(1)。

如果只是將種子放在抽屜的角落,隨著時間過去,由於空氣中的濕度的影響,種子的含水量也會逐漸上昇;而空氣也會慢慢的進入種子中,使得種子內的脂肪酸開始氧化。氧化的脂肪酸所產生的壓力(stress)、加上種子內部含水量的提高互為作用,最後種子就會逐漸失去活性。以擬南芥(阿拉伯芥,Arabidopsis thaliana)為例,在高溫高濕(攝氏40度,相對濕度85%)下,大約六天就會使得25%的種子失去活性。

在一般狀況下,種子要發芽,首先要先浸泡(imbibition)。由於有角質層的關係,當我們把種子泡在水裡,一開始看來好像沒有什麼變化;但由於角質層並非100%防水,隨著時間過去,水分慢慢進入種子,使得種子含水量上昇、細胞恢復活性,於是種子便萌發。以擬南芥為例,它的種子只有由一層細胞構成的胚乳(endosperm),其外則再由另一層死細胞所組成的種皮(testa)所包圍;泡水後24小時便可以觀察到種皮破裂(TR,testa rupture)緊接著就是胚乳破裂(ER,endosperm rupture)、胚根伸出(radicle protrusion)。

但是,並非只要…

僵屍植物的秘密

僵屍大家聽過,大家可能也知道有種真菌可以製造僵屍蟻,讓被感染的螞蟻不再認真工作,反而爬出蟻窩,尋找一片距離地表比較近的樹葉,咬下一口,然後死掉。接著真菌的子實體就會從螞蟻的頭部長出來...達成傳播真菌孢子的唯一任務。但是僵屍植物?可能很少人聽過吧?

僵屍植物是由植物菌質體(phytoplasma)製造的。黴漿菌(mycoplasma)大家可能都聽過,但有多少人聽過植物菌質體呢?

植物菌質體跟黴漿菌類似,都是沒有細胞壁的生物。只是黴漿菌除了可以可以感染動物以外,也可以進行腐生;但植物菌質體只能作為植物的病原菌。它是植物的寄生菌,藉由葉蟬、飛蝨等吸取篩管汁液的害蟲作為媒介來感染植物。感染後,植物後會造成植物光長葉子不長花,長出來的葉子也很畸形(如圖中的紫錐花)。

被植物菌質體感染後的植物,因為光長葉子(葉狀體)不長花,這些葉子的功能就是用來產生更多的植物菌質體,因此它們被稱為「僵屍」植物(zombie plants)。由於被感染的植物無法開花,往往造成植物就此被「絕後」了。

究竟植物菌質體是怎麼造成僵屍植物出現的呢?過去曾認為是因為感染造成植物賀爾蒙不平衡;但是最近對於植物菌質體的研究發現,植物菌質體本身會產生一個稱為SAP54的蛋白質,這個蛋白質在構造上與植物用來啟動開花機制的蛋白AP1或SEP家族等MADS轉錄因子(MADS-domain transcription factor)非常相似。

這個家族的轉錄因子,會經由互相結合形成雙體(dimer)或四元體(tetramer)之後,再與DNA結合來調節跟花器發育相關的基因表現。當這個家族的蛋白質被SAP54蛋白牽制住以後,會因為無法與DNA結合,導致它們被泛素化(ubiquitination)後再送到26S蛋白質體(26S proteosome)去分解。這麼一來,相關的基因無法表現,使得植物的花變成了葉狀體。

SAP54是如何牽制了AP1/SEP家族呢?研究團隊以電腦模擬分析SAP54的蛋白質結構以後發現,SAP54的結構與SEP3最相似,表示SAP54很可能是經由直接與AP1/SEP家族的蛋白質們互動,使它們無法與應該結合的家族成員結合(一種狸貓換太子的概念?)。當研究團隊把SAP54與AP1/SEP蛋白放在酵母菌裡面時,也看到SAP54與AP1兩個蛋白質之間有互動。由於如AP1/SEP這類的蛋白質很少與其他蛋…

吃馬鈴薯(potatoes)會導致糖尿病(diabetes)?

哈佛大學的學者Isao Muraki在2015年12月17日的的「Diabetes Care」期刊上發表了一篇文章,提到攝食馬鈴薯與糖尿病之間的關連。

在文章中,作者彙整了三個不同的研究進行重新分析,發現一週吃超過七份的馬鈴薯,罹患糖尿病的風險會提高33%;若一週吃二到四份馬鈴薯,罹患糖尿病的風險會提高7%。

所謂的一份馬鈴薯是多少呢?筆者查了一下網路,發現一份馬鈴薯大約是一個中等大小的馬鈴薯(約為100克)。而且,不同方式烹調的馬鈴薯,也會影響到它的熱量。烤馬鈴薯(baked potatoes)一份的熱量是93 千卡,馬鈴薯泥(meshed potatoes)的熱量也大致相當。但是炸薯條(french fries)的熱量馬上上昇三倍。

也就是說,所謂的一份,並非如新聞中所說,就是一顆馬鈴薯。 其實馬鈴薯主要成分是碳水化合物,所以吃馬鈴薯等同於吃飯、麵、蕃薯等食物,最新版的哈佛食物餐盤(不再以金字塔呈現)裡面提到的「全穀類」(whole grains)並不包括馬鈴薯,而只有全麥麵包、糙米;同時在「蔬菜」裡面也特別點出,馬鈴薯與炸薯條不算蔬菜。


其實馬鈴薯吃多了,就像飯、麵等吃多了是一樣的,吃多了會造成肥胖,然後就三高了。尤其是炸薯條熱量極高,更不應該多吃。華人有道菜就是用馬鈴薯切絲來炒,中國把它稱為「炒土豆絲」。但是,為了健康,真的不該再把馬鈴薯當作「蔬菜」來看了。尤其對糖尿病人來說,馬鈴薯更加不可以當作「蔬菜」,而應該跟米、麵、蕃薯等一起算進澱粉類,這樣才能夠真正控制澱粉的攝取。

參考資料:

Isao Muraki, Eric B. Rimm, Walter C. Willett, JoAnn E. Manson, Frank B. Hu and Qi Sun. 2015. Potato Consumption and Risk of Type 2 Diabetes: Results from Three Prospective Cohort Studies. Diabetes Care. doi: 10.2337/dc15-0547

2016/1/2. 當心!馬鈴薯吃太多 易導致糖尿病。自由時報。

Healthy Eating Plate & Healthy Eating Pyramid. Harvard.