台灣國際研究生學程博士候選人阮錦雲參與中村友輝研究團隊,並為這項研究的第一作者。(中研院提供/李侑珊台北傳真)
中村友輝研究團隊將DGK酵素接上螢光蛋白後,可看見一粒粒花粉在黑暗中有明顯的螢光表現,代表其中含有大量DGK酵素。(中研院提供/李侑珊台北傳真)

農作物產量與植物花粉不孕有關。中央研究院植物暨微生物學研究所副研究員中村友輝率領團隊,首度揭開花粉受孕過程當中,影響花粉管生長的關鍵脂質「磷脂酸」生成機制,並可望發展成提高農產量的新策略。

「花粉管」是植物受孕的最後一哩路。當花粉落在雌蕊上後,還要長出花粉管,才能送精細胞到蕊中與卵子相遇。一有差錯,植物便無法結成果實。中村友輝研究團隊,近期發現磷脂酸(Phosphatidic acid, PA)的生成機制,不只有助於掌握脂質訊息與花粉管生長的關係,還有機會發展成提高農產量的新策略。論文已於今年5月29日發表於植物學頂尖期刊《The Plant Cell》。

中村友輝長期研究植物的脂質對於其生殖過程所扮演的角色。他表示,花粉發育對植物的生殖繁衍至關重要,有些農作物的產量問題,更直接與花粉不孕有關。過去有研究已指出,磷脂酸PA在花粉管生長過程中扮演著傳遞訊息的重要角色,然而,PA如何生成、又如何影響花粉管生長?尚不得而知。

研究團隊首先在模式植物阿拉伯芥的花粉內鑑定出二種酵素──DGK2及DGK4,再經實驗證實,缺少此二種酵素的植株便會缺少PA,花粉管也停止生長,導致植物無法授粉、結果。證明了DGK2與DGK4便是PA的生長關鍵。此外,當團隊對這些缺陷植株將施加PA或將相關基因送入植株,使其產生DGK酵素後,花粉管便如正常的花粉一般,在12小時內達到正常的長度。

中村友輝解釋,PA在花粉管中是一種脂質訊息,主要存在於花粉管的尖端與底部之間,誘導花粉管生長。而本次研究發現,在花粉細胞內,二種DGK酵素會將沒有傳遞訊息功能的二酸甘油酯(Diacylglycerol, DAG)轉換成有傳遞訊息功能的PA,藉此達到花粉管生長的目的。

這項研究成果將對解決農業產量問題有所幫助。因為DGK2、DGK4這類酵素廣泛存在於重要的農業作物中,在稻米、小麥、玉米、番茄、蘋果中等都可見到。因此,研究團隊推測,此次發現的PA 合成機制也在各種植物中存在,可能是增進作物受孕與產量研究的新契機。

此研究經費由中央研究院前瞻計畫所提供。共同第一作者為台灣國際研究生學程博士候選人阮錦雲及博士翁玉鑽。