(中央社訊息服務20260702 10:33:20)
中央大學生命科學系吳少傑教授(前中)和吳家榮博士(前左)研究團隊成功揭開植物耐熱反應背後的重要關鍵機制,研究成果刊登於國際期刊《Journal of Experimental Botany》。全球暖化持續加劇,植物如何感知並啟動防禦機制?國立中央大學生命科學系吳少傑教授和吳家榮博士研究團隊,首次發現植物核內E3泛素連接酶PUB49與耐熱蛋白HIT4協同作用,透過調控染色質結構重塑,成功揭開植物耐熱反應背後的重要關鍵機制。研究成果刊登於植物科學國際期刊《Journal of Experimental Botany》。
吳少傑表示,過去植物耐熱研究大多聚焦於熱休克蛋白(Heat Shock Proteins),探討細胞如何保護蛋白質避免因高溫而變性。研究團隊以「大膽嘗試、小心求證」的研究精神,使用超過10萬顆阿拉伯芥種子,透過前向式遺傳學策略,從大量突變株中篩選耐熱異常個體,再進一步找出控制耐熱的重要基因,進而發現這項未知的重要調控機制。
研究最大的創新突破,在於發現PUB49不僅是植物耐熱路徑中的新成員,更是全球首次被證明參與「熱誘導染色質重塑」的核內U-box型E3泛素連接酶。過去學界普遍認為泛素化作用主要負責蛋白質降解與品質控制,雖已知部分E3酵素參與植物逆境反應,但從未有人證實其能直接介入染色質高階結構的重組調控。本研究首度建立「泛素化調控-染色質重塑-耐熱能力」三者之間的重要連結,為植物逆境生物學開啟全新研究方向。
研究顯示,在正常溫度下,HIT4與PUB49會聚集於細胞核內稱為「染色質中心」的異染色質區域;當植物遭受高溫刺激時,兩者會協同促使染色質中心鬆散化,隨後同步移動至核仁,藉此讓耐熱基因得以被活化。若缺少PUB49或HIT4功能,這項重組過程便無法完整進行,植物對高溫的耐受能力也大幅下降。
為進一步確認PUB49的作用機制,研究團隊利用CRISPR/Cas9基因編輯技術建立PUB49缺失突變株。結果發現,突變植株在常溫下能正常生長發育,與野生型無異,但在37°C高溫環境下,PUB49缺失突變株則無法與野生型一樣存活,呈現與HIT4突變株相同的熱敏感性狀,高溫誘導的染色質結構重塑也同樣受到影響。這項結果指出,植物細胞利用泛素化訊號調控染色質結構變化,進而提升高溫適應能力。
吳少傑表示,隨著全球氣候變遷,高溫已成為影響糧食安全的重要環境因子。本研究發現植物還存在另一套位於細胞核深處、透過染色質重塑來調控耐熱性的機制。這項發現不僅深化科學界對植物熱逆境調控網絡的理解,也為未來培育或開發耐高溫作物提供新的分子標的,有助於提升農業生產韌性,因應全球氣候變遷帶來的全新挑戰。
研究顯示,常溫(23°C,左圖)與高溫(37°C,右圖)下的植株生長情況。
研究發現,植物核內E3泛素連接酶PUB49與耐熱蛋白HIT4協同作用,透過調控染色質結構重塑,揭開植物耐熱反應背後的重要機制。極端高溫來襲 植物如何生存?
中央大學研究團隊破解植物耐熱關鍵機制 | 中央社訊息平台
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