幫植物留住水分，關鍵「肽」重要！

■植物無法自主脫離不適合生存的環境，因此它們必須不斷感受及監測環境的變化，做出自我調節，以求在生存條件改變時能存活下來。而植物是如何感受到乾旱或寒冷等外在威脅的呢？

編譯｜趙揚光、陳雅婷

在動物體內，由胺基酸組成的肽類激素(Peptide hormones)，透過在血液中移動，進而幫助動物於外界環境變化時得以保持體內平衡狀態；植物同樣會面臨環境變化，並透過植物激素來調節因應。近期日本理化學研究所屬單位(RIKEN CSRS)在相關植物研究上有了新進展：研究人員發現一種小分子的肽類激素，在植物所在的土壤缺乏水分時，可以防止植物本身的水分散失。

這種源於植物根部的肽類激素稱做「CLE25」，是植物CLE多肽激素家族成員之一，在植物生長發育過程中，CLE多肽激素扮演了細胞間訊息傳遞的重要功能。此次研究的亮點─「CLE25」，首次被發現能在植物缺水時，從根部移動到葉片，以減少葉片表面氣孔的開放，進而防止水分繼續流失。發表此成果的RIKEN研究員Fuminori Takahashi指出，過去植物學家們對於植物中肽類激素的主要認知，乃具有調節細胞發育的功能，尚未有研究證實當植物面臨非生物逆境時，肽類激素扮演的功能角色。也因為這樣的突破性發現，使得RIKEN的這項研究登上2018年4月的 Nature 期刊。

此項研究以模式植物──阿拉伯芥為研究材料。由於目前的研究已知，當植物面臨乾旱環境時，會誘發體內ABA含量上升，促使葉部之保衛細胞鉀離子流出，進而降低膨壓以關閉氣孔，減少水分流失。因此，RIKEN CSRS研究團隊測試了27種CLE多肽激素，觀察每一種誘導ABA的合成效果。結果發現，只有CLE25能誘導葉片裡的ABA合成，促使氣孔閉合；再細究其原因，他們發現CLE25可活化NCED3基因表現，而該基因正是生成ABA所必需的！此外，研究團隊也進一步驗證了在水分缺乏的狀態下，植物根部中的CLE25含量亦有所增加。

那麼，CLE25 是否只在根部生成或作用呢？它是否跟著植物的循環系統一同移動？由於多肽激素在活體細胞當中的含量很小，檢測非常困難，為釐清此論點，研究團隊特地開發高靈敏度質譜系統，以能夠識別從根部移動到枝葉的多肽激素，並加以標記出CLE25分子，觀察它們從根到莖、乃至葉的移動路徑。結果顯示，在缺乏水分的環境下，CLE25於根部生成後會移動至葉片，與其受體BAM1及BAM3結合，進而誘導ABA合成。研究團隊也進一步以缺乏CLE25的突變株進行驗證，發現同樣在缺水時，缺乏CLE25的突變株葉片中，ABA含量比正常植物減少了近7倍，從而導致更多水份流失。

上述研究結果揭示了CLE25多肽激素在缺水環境下扮演的功能，但這顯然只是開端，研究團隊也同時注意到阿拉伯芥的CLE25基因序列，與其他重要農作物相同，包括水稻、玉米、甜菜等。眾所周知的是，一旦植物面臨了缺水逆境，最直接的影響將會是作物產量，因此Fuminori Takahashi表示，基於這項研究成果，RIKEN CSRS研究團隊將會再努力研究改良肽類激素，藉以培育抗旱物種。期待未來，只須將多肽激素撒入肥料中即可發揮功能，增強田間作物面臨極端環境下的韌性！

原文研究：Newly discovered hormone helps keep plants from dehydrating