永不凋落的花，科學(xué)家造

呂傳彬

從古至今，隨著春夏秋冬更迭轉(zhuǎn)換的花開與花落，不只象征植物生長的生命周期，更激發(fā)騷人墨客的靈感，就如同陶淵明在《桃花源記》中描繪的，“忽逢桃花林，夾岸數(shù)百步，中無雜樹，芳草鮮美，落英繽紛……”這些動(dòng)人詞句為亙古不變的自然現(xiàn)象增添一股詩意。每當(dāng)欣賞這些美景時(shí)，你心里是不是暗暗在想，如果這些花永遠(yuǎn)不會(huì)凋謝落地，那該多好啊。如今，科技正在幫我們一步步達(dá)成心愿。

科學(xué)家欲解開花落之謎

為何會(huì)有所謂的花開花謝、瓜熟蒂落？這些在一般人眼中看起來理所當(dāng)然的自然現(xiàn)象，在科學(xué)家眼里卻是非比尋常！

為揭開植物花開花謝的神秘面紗，臺(tái)灣大學(xué)生命科學(xué)院植物科學(xué)研究所靳宗洛助理教授與美國密蘇里州立大學(xué)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過長時(shí)間研究，終于解開了個(gè)中奧妙。他們的研究成果發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上，成為該期的封面故事，引起了全世界生命科學(xué)界的矚目與重視。

談到研究緣起，專研植物分子生物學(xué)的靳宗洛笑著說，就如同當(dāng)年牛頓因?yàn)楸坏粝聛淼奶O果打到頭而引發(fā)對(duì)地心引力的探索一般，身為科學(xué)人的他則好奇為何只有成熟的蘋果才會(huì)從樹上掉落。不同以往的思考角度，激發(fā)了靳宗洛想要一探花開花謝與瓜熟蒂落的背后原因。

靳宗洛與研究團(tuán)隊(duì)選擇用阿拉伯芥來當(dāng)研究對(duì)象。阿拉伯芥還有很多其他名字，比如擬南芥、鼠耳芥、阿拉伯草，這種小小的有花植物，在植物科學(xué)研究中可是來頭不小，當(dāng)然功勞也不小。它是世界上第一個(gè)基因組被完整測序的植物，因此成為理解許多植物性狀的一種流行的分子生物學(xué)工具，它在農(nóng)業(yè)科學(xué)中所扮演的角色，就像是小鼠和果蠅在人類生物學(xué)中的一樣，許多實(shí)驗(yàn)都是圍繞它而展開的。

植物究竟通過什么來傳遞“脫落”的信號(hào)

受體是細(xì)胞內(nèi)的一類特殊蛋白質(zhì)，能與細(xì)胞外的特殊信號(hào)分子結(jié)合，激活細(xì)胞內(nèi)一系列生物化學(xué)反應(yīng)，使細(xì)胞對(duì)外界刺激產(chǎn)生相應(yīng)的效應(yīng)。

經(jīng)過研究，靳宗洛認(rèn)為，植物的脫落作用是一種訊息傳遞過程，當(dāng)植物接收到訊息后，就會(huì)開始進(jìn)行瓜熟蒂落等動(dòng)作，目的是為了脫落植物本身的花瓣、葉片、果實(shí)等，以達(dá)到“開枝散葉、繁衍后代”的效果，此外也具有自我保護(hù)功能，幫助植物順利脫落已感染病菌的那部分花果。

而幫助植物啟動(dòng)脫落作用最重要的引發(fā)分子，就是一種名為IDA的蛋白質(zhì)。靳宗洛說，IDA就如同是開啟植物脫落作用的鑰匙，當(dāng)外界環(huán)境邁入秋冬季節(jié)轉(zhuǎn)換之際、溫度與光照達(dá)到一定程度時(shí)，IDA就會(huì)開始發(fā)出指令，并通過植物細(xì)胞膜上的兩個(gè)受體HAESA與HAESA-like2，向花瓣、葉片等傳達(dá)“脫落”的信號(hào)。

HAESA是調(diào)控植物器官脫落關(guān)鍵

HAESA是一種很獨(dú)特的受體，是負(fù)責(zé)調(diào)控植物器官脫落作用最重要的因子，當(dāng)HAESA與 HAESA-like2接收到來自IDA的訊息后，就會(huì)激發(fā)植物體內(nèi)的一系列動(dòng)作，來調(diào)控花瓣與果實(shí)的脫落作用。

事實(shí)上，過去也有許多科學(xué)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(tuán)隊(duì)找出負(fù)責(zé)調(diào)控植物生長發(fā)育作用的HAESA因子，才順利解構(gòu)出花開花落的訊息傳導(dǎo)藍(lán)圖。

HAESA基因的被確認(rèn)，也讓終止花落現(xiàn)象成為可能。靳宗洛表示，通過基因剔除術(shù)剔除HAESA基因之后，就能阻斷相關(guān)訊息傳遞功能，讓“脫落作用”無法繼續(xù)進(jìn)行。

研究團(tuán)隊(duì)以阿拉伯芥為實(shí)驗(yàn)主體的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過基因剔除的阿拉伯芥，其花萼、花瓣、雄蕊與果實(shí)從開花到凋零都不會(huì)脫落下來，形成另一種“花果并存”的奇觀，相關(guān)技術(shù)若運(yùn)用在其他觀賞用植物如櫻花、玫瑰花上，將有助于增加花的可看性、延長賞花期，讓每一年的花季不再來去匆匆、稍縱即逝。

“基因剔除術(shù)”其實(shí)沒那么神秘

不少人都親眼看過楓葉或花朵從樹上落下的景象，但多數(shù)人卻不知道植物是如何通過脫落作用來讓花兒落下。

對(duì)此，靳宗洛解釋，葉片或花朵之所以可以附著在樹枝上不掉落，主要是因?yàn)橹参锶~柄、花柄及果柄基部的離層細(xì)胞有點(diǎn)名堂，它們彼此的細(xì)胞壁與細(xì)胞壁之間具有中膠層。對(duì)植物來說，中膠層就如同是膠水一般，可以將花朵、葉片牢牢地黏在植物身上，因此我們才可在花期看到繽紛綻放的各式花朵。

但如果植物進(jìn)入季節(jié)轉(zhuǎn)換或另一個(gè)生命周期時(shí)，植物就會(huì)開始通過HAESA等來調(diào)節(jié)花朵或葉片的脫落作用，通過植物離層細(xì)胞所產(chǎn)生的水解性酵素，來促使細(xì)胞壁與細(xì)胞壁間的中膠層水解，讓花兒或葉片可以順利從花柄、葉柄上自然落下，導(dǎo)致花謝葉落的現(xiàn)象產(chǎn)生。

而通過基因剔除術(shù)的作用，則可以阻斷脫落作用的進(jìn)行，讓花兒不落下。靳宗洛表示，所謂的基因剔除，并不是真把植物中的某個(gè)基因取出來扔掉，而是利用了一種很常見的細(xì)菌——農(nóng)桿菌。農(nóng)桿菌是一種普遍存在于土壤中的細(xì)菌，它能在天然條件下感染植物的受傷部位，并誘導(dǎo)植物產(chǎn)生腫瘤。而它讓植物誘發(fā)腫瘤的原因就是，它能將自身的一段DNA轉(zhuǎn)移到植物中去。這段可轉(zhuǎn)移的DNA稱為T-DNA，“T”是英文單詞transfer（意為“轉(zhuǎn)移”）的首字母。因此，農(nóng)桿菌是一種天然的能轉(zhuǎn)基因的生物，被譽(yù)為“自然界最小的遺傳工程師”。靳宗洛就是利用了農(nóng)桿菌的T-DNA，當(dāng)這段DNA進(jìn)入植物細(xì)胞核后，剛好插入HAESA基因中，使這個(gè)基因失去功能不再發(fā)生作用，因而順利達(dá)到葉片不掉、花兒不落的效果。