每年只要到了二、三月陽明山花季開鑼時,總會吸引不少民眾全家總動員上山賞花,在萬紫千紅、百花齊放的樹下品味花香,而絡繹不絕的賞花人潮總要到花季落幕後才會畫下句點。
從古至今,隨著春夏秋冬更迭轉換的花開與花落,不只象徵植物生長的生命周期,更激發騷人墨客的詠詩靈感,就如同陶淵明在《桃花源記》中記載忽逢桃花林,夾岸數百步,中無雜樹,芳草鮮美,落英繽紛……,動人辭句為亙古不變的自然現象添增一股詩意。
科學家欲解開花落之謎
為何會有所謂的花開花謝、瓜熟蒂落?這些在一般民眾眼中看起來理所當然的自然現象,在科學家眼裡看來卻是非比尋常!
為揭開植物花開花謝的神秘面紗,台灣大學生命科學院植物科學研究所及生命科學系助理教授靳宗洛與美國密蘇里州立大學團隊經過長時間研究,終於解開箇中奧妙,研究成果不但發表成全球第一篇如何調控植物生長及發育論文,登上今年10月7日出刊的《美國國家科學院院刊(PNAS) 》封面故事─調控植物器官脫落(abscission)的訊息傳遞過程,相關論述引起生命科學界的矚目與重視。
談到研究緣起,專研植物分子生物學的靳宗洛笑著說,就如同當年牛頓因為被掉下來的蘋果打到頭而引發對地心引力的探索一般,身為科學人的他則好奇為何只有成熟的蘋果會從樹上掉落而打到牛頓。而不同以往的思考角度亦激發靳宗洛想要一探花開花謝與瓜熟蒂落的背後原因。
靳宗洛與研究團隊以模式植物─阿拉伯芥為研究主體,來探索譗花開花謝豃的現象之謎,並整合分子遺傳學、解剖學與生物化學等相關理論來找出讓植物花果自然凋零落下的影響因子。
透過訊息傳遞來達成脫落作用
靳宗洛表示,植物的脫落作用是一種訊息傳遞過程,當植物接收到訊息後就會開始進行瓜熟蒂落等動作;目的是為了脫落植物本身的花瓣、葉片、果實…等,以達到開枝散葉、繁衍後代豃的功用,此外也具有自我保護功能,幫助植物順利脫落已感染病菌的耗損花果。
而幫助植物啟動脫落作用最重要的引發分子就是名為Inflorescence Deficient in Abscission、簡稱IDA的蛋白質。靳宗洛說,IDA就如同是開啟植物脫落作用的鑰匙,當外在環境邁入秋冬季節轉換之際、溫度與光照達到一定程度時,IDA就會開始發出指令,並透過位在植物離層細胞的細胞膜上的兩個受體HAESA 與 HAESA-like 2來傳遞進行脫落作用的訊息。
HAESA是調控植物器官脫落關鍵
靳宗洛表示,HAESA是一種磷酸激酶受體,是負責調控植物器官脫落作用最重要的因子,當HAESA 與 HAESA-like 2接收到來自IDA的訊息後,就會先激化MAPKKK分子,再經由MKK4、MKK5分子並依序傳遞到MPK3、MPK6等分子來調控花瓣與果實的脫落作用。
事實上,過去也有許多科學家試圖解開花落之謎,但總是缺乏臨門一腳,直到靳宗洛與研究團隊找出負責調控植物生長發育作用的HAESA因子,才順利解構出花開花落的訊息傳導藍圖。
而透過HAESA基因的被確認,也讓終止花落現象成為可能。靳宗洛表示,透過基因剔除術剔除HAESA基因之後,就能阻斷HAESA、HAESA-like2訊息傳遞功能,讓譗脫落作用豃無法繼續進行。研究團隊以阿拉伯芥為實驗主體的研究結果發現,經過基因剔除的阿拉伯芥,其花萼、花瓣、雄蕊與果實從開花到凋零都不會脫落下來,形成另一種譗花、果並存豃的奇觀,相關技術若運用在其他觀賞用植物如櫻花、玫瑰花等植物上,將有助於增加花的可看性、延長賞花期,讓每一年的花季不再來去匆匆、稍縱即逝。