呂冠儒老師實驗室 - 國立中興大學生物科技學研究所

2020 – now 助理教授 國立中興大學 生物科技所. 2014 – 2020 博士後 荷蘭 Wageningen ... 在植物的演化過程中，植物從單細胞藻類演化出簡單構造的多細胞型態。

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植物細胞的細胞壁提高了植物物對於理性壓力的抗性，但同時也拉大了細胞間的距離，使得細胞間的溝通相較於動物細胞而言難度較高。

在植物的演化過程中，植物從單細胞藻類演化出簡單構造的多細胞型態。

接著，在構造較複雜的藻類中，植物演化出了原生質絲，其中一個演化驅力可能是為了提高分工效率[1]。

在植物登陸之後，所有的物種都擁有原生質絲，這顯示了原生質絲對於陸地植物的生存是不可或缺的要素。

       自1880年代，EduardTangl發現了原生質絲的存在後[2]，植物學家就一直在思考原生質絲所扮演的角色，也一直在研究原生質絲的生合成以及它的組成。

過去，已經發現了許多細胞間物質是經過原生質絲來傳輸，其中，蛋白質的運輸在生長發育上，扮演了許多重要的角色[3]。

其中，TARGETOFMONOPTEROS7(TMO7)蛋白質，在模式植物–阿拉伯芥的胚胎發育時期，會從胚胎細胞往胚柄細胞移動，來幫助奠定這個細胞的身份。

而這個細胞最終會發育成植物的根[4]。

               A.                 B. 圖一：TMO7蛋白質在阿拉伯芥根尖的移動是經由兩氨基酸序列調控。

Ａ.TMO7promoter的主要表現位置是在靠近根冠細胞及靜默細胞周圍的細胞（左圖）。

當TMO7-GFP在TMO7promoter的控制下表現時，整個綠色螢光可移動到根尖（＊;中圖）。

而將TMO7接上較大的3倍GFP，蛋白質的移動就受到限制（右圖）。

B.利用序列取代的方法，將TMO7的不同氨基酸序列區間(m1-m11)分別做突變，再將突變蛋白質表現在阿拉伯芥中，發現m5,m8/m9兩區間突變時，都會影響到TMO7移動到根尖的效率（對比A打星號部分）。

         在我的博士後研究中，發現TMO7除了在胚胎細胞中能夠移動，在根尖的部分也會移動（圖一Ａ），而這個移動式由其中兩個主要的蛋白質片段所調控。

當這兩個片段（m5以及m8/m9）突變時，TMO7蛋白質的移動也跟著受限制（圖一Ｂ）。

有趣的是，與TMO7同家族的蛋白質，只有當蛋白質序列非常接近TMO7時（稱為TMO7家族蛋白），這些蛋白質才能移動（圖二）。

並且，當TMO7家族蛋白在根尖表現時，並不會反向的像根部移動，顯示出蛋白質的移動可能有方向性的調控（圖二）[5]。

圖二：TMO7蛋白質家族的移動的特性。

上圖，bHLH蛋白家族演化樹。

橘色標示的為TMO7家族，綠色標示的為其他氨基酸序列長度相似的bHLH蛋白質。

下圖，當TMO7家族與其他序列長度相似的蛋白都由TMO7promoter表現時，只有TMO7家族蛋白會移動到根尖。

紫色方框中，bHLH166promoter只表現在根冠細胞，在此promoter下表現TMO7家族蛋白則不會有蛋白向莖部移動的現象。

       然而，即使在過去20年間，有許多的蛋白質被報導可以經由原生質絲移動，我們仍然對於這個移動的機制了解不多。

由於在維管束植物中，原生質絲有缺陷的時候，很可能會造成整株植株的死亡，因此，我計劃利用沒有維管束的蘚苔類植物，來發展新一代原生質絲的研究系統。

此外，近年來經由高效率的基因體定序研究發現，最接近陸生植物的姐妹群藻類–Zygnematophyceae（接合藻綱），有著許多有趣的特徵，其中，缺少原生質絲是一個令人意想不到的現象。

由於陸生植物與接合藻綱植物擁有共同的祖先，而陸生植物都有原生質絲。

因此，我也計劃利用生物資訊研究法，來探究這兩群物種間基因體以及基因表達組之間的差異，以期能夠發現影響原生質絲生合成的決定性基因。

  參考文獻 1.            Cook,M.E.,etal.,ComparativeUltrastructureofPlasmodesmataofCharaandSelectedBryophytes:TowardanElucidationoftheEvolutionaryOriginofPlantPlasmodesmata.AmericanJournalofBotany,1997.84(9):p.1169-1178. 2.            h.andM.Gandoger,UeberoffeneCommunicationenzwischendenZellendesEndospermseinigerSamen.(BandXII).1880,JSTOR. 3.            Sager,R.E.andJ.Y.Lee,Plasmodesmataataglance.JCellSci,2018.131(11). 4.            Schlereth,A.,etal.,MONOPTEROScontrolsembryonicrootinitiationbyregulatingamobiletranscriptionfactor.Nature,2010.464(7290):p.913-916. 5.            Lu,K.-J.,etal.,RegulationofintercellularTARGETOFMONOPTEROS7proteintransportintheArabidopsisroot.development,2018.145(2).     期刊論文 Lu,K.J.,Huang,N.C.,Liu,Y.S.,Lu,C.A.,andYu,T.S.*Long-distancemovementofArabidopsisFLOWERINGLOCUSTRNAparticipatesinsystemicfloralregulation.RNABiology(2012),9:653-662. Kuan-JuLu,BertDeRybel,HildavanMourik,DolfWeijers*RegulationofintercellularTARGETOFMONOPTEROS7proteintransportinthe Arabidopsis root.Development (2018),145: dev152892. Kuan-JuLu+,Nicolevan’tWoutHofland+,ElianaMor,SumanthMutte,PaulAbrahams,HirotakaKato,KlaasVandepoele,DolfWeijers*andBertDeRybel*Evolutionofvascularplantsthroughredeploymentofancientdevelopmentalregulator.Inprinting,PNAS(2019),117:733-740. +Equalcontribution tenHove,C.A.,Lu,K.J.andWeijersD.*Buildingaplant:cellfatespecificationintheearlyArabidopsisembryo.Development(2014),142:420-430. Kuan‐JuLu*,FlorenceR.Danila,YuehCho,ChristineFaulkner.Peekingataplantthroughtheholesinthewall–exploringtherolesofplasmodesmata.NewPhytologist(2018),218:1310-1314 *correspondingauthor       ｜隱私聲明 | 智財聲明｜ 網站意見回饋  TEL:(04)2284-0328  FAX:(04)2285-3527   台中市南區興大路145號生物科技學研究所  No.145XingdaRd.SouthDist.,Taichung,402Taiwan,R.O.C.       瀏覽人數：299424