糖在植物日間感熱中的關鍵角色揭示

编辑者: Katia Remezova Cath

植物利用光合作用產生的糖作為感知並應對日間高溫的重要訊號,這項發現有助於培育更具韌性的作物。

加州大學河濱分校的陳猛教授領導的一項最新研究揭示了植物在白天感知熱度的新機制,挑戰了過去主要聚焦於夜間感測器的觀點。研究強調糖在此過程中的關鍵角色,提供了植物如何適應環境的更完整理解。

過去科學家普遍認為,像是光敏色素B(phytochrome B)和早開花蛋白3(ELF3)是主要的熱感受蛋白,且多在夜間活躍。然而,這些模型無法解釋植物在光照與高溫並存的白天如何反應。為此,團隊使用常見於遺傳研究的小型開花植物擬南芥(Arabidopsis),在不同溫度與光照條件下觀察其莖部(稱為下胚軸)的生長反應。

研究發現,光敏色素B在明亮光線下感知熱度的能力降低,但植物仍能對熱作出反應,暗示其他感測機制存在。進一步實驗顯示,在光照下植物能對熱作出反應,但在光敏色素B失效的黑暗中則無法。當在培養基中添加糖分後,這種反應被恢復,顯示糖是高溫訊號的重要媒介。

研究同時發現,高溫促使葉片中的澱粉分解,釋放出蔗糖。此糖穩定一種名為PIF4的蛋白質,該蛋白質控制生長。缺乏蔗糖時,PIF4迅速降解;有了蔗糖,該蛋白質累積並在另一感測器ELF3響應熱度時活化。這種結合糖與蛋白質的雙重機制,使植物能調整生長以適應日間高溫。該研究於2025年發表於《自然通訊》,提供了植物熱感知更細膩的認識。

了解植物如何在白天感知熱度,對於在氣候變遷下建立確保糧食安全的農業實踐至關重要。這項研究有助於培育更能抵抗極端溫度的作物,促進台灣及香港等地區農業的永續發展與糧食穩定供應。

來源

  • Sci.News: Breaking Science News

  • How sugar serves as a hidden thermostat in plants

  • Without this, plants cannot respond to temperature

  • Free-forming organelles help plants adapt to climate change

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