當頭痛來襲時,你可能會拿止痛藥來吃,而植物似乎也會做相同的事。當處於周遭危害所帶來的壓力之下,植物能夠製造自己本身的阿斯匹靈。

植物中的止痛成分

一項新研究更近距離地觀察植物中這種特別的自我防禦機制,並探討阿斯匹靈的主動代謝產物-水楊酸(salicylic acid)的生產是如何被規範的。

當幾個世紀以來,水楊酸已被人類用來治療疼痛與發炎,在植物當中,它在信號傳導、調節、與抵抗病原體上扮演很重要的角色。

水楊酸是在葉綠體(在植物當中,發生光合作用的小型綠色胞器)中所產生的,通常是應付壓力而生成。

加州大學河濱分校(University of California, Riverside,UCR)的植物生物學家威廉米娜·范德凡研究員(Wilhelmina van de Ven)說:「這好像植物就像我們一樣,使用止痛藥來對付疼痛與痛苦。」

研究結果

為了更佳了解,當植物承受壓力時,其所表現的複雜連鎖反應,范德凡研究員及她的團隊在植物身上進行了生物化學分析,這些植物產生了突變,以阻斷關鍵的壓力訊號傳輸路徑的影響。

環境壓力會在所有活的有機體中,產生活性氧類(reactive oxygen species,ROS)。其中一個可能比較熟悉的例子是,如果在沒有塗抹任何防曬乳下,直接曝曬陽光時間太久,那就會在皮膚上產生曬傷。

在植物的例子上班,這些壓力包括不友善的昆蟲、乾旱、以及過度的熱。雖然高濃度的 ROS 可能會致命,但是小量的 ROS 具有重要的安全功能,也因此調節是關鍵。

研究人員使用南芥屬(Rockcress)或阿拉伯芥(Arabidopsis)作為實驗的模型植物。他們專注於一種早期的警告分子,稱作 MEcPP。這個分子在細菌與瘧疾寄生蟲上也有被觀察到過。

隨著 MEcPP 在植物中累積時,似乎會觸發化學反應與對其的回應,這包括了水楊酸。而這項知識可能可以幫助我們改良植物,讓它們更能對抗未來的環境危害。

UCR 的植物遺傳學家王金正博士(Jin-Zheng Wang,音譯)說:「在不致命的濃度下,ROS 就像是執行動作的緊急電話,允許像是水楊酸的保護性激素得以產生。ROS 是一把雙面刃。我們想要能夠利用增加的知識,來改善作物抵抗力。這將對我們日漸炎熱世界中的食物供給至關重要。」

未來應用

關於 MEcPP 分子及其功能,還有很多我們所不知道的事,但是了解這項機制是如何運作的,可以幫助科學家運用其來幫助自己:也就是生產出更能夠應付壓力的植物。

我們知道,在逐漸暖化的世界中,植物與動物都處於逐漸增加的壓力之下;而我們也不清楚,隨著平均氣溫持續上升下,有多少物種能夠生存下來。

由於研究人員指出,在此研究中所檢視的壓力,即對酷熱的反應、持續的日照、以及缺水,目前外頭世界的植物都在經歷這些壓力,因此,若是植物正處於大麻煩中的話,那我們人類當然也是。

UCR 的分子生物化學家卡塔約恩·德赫什教授(Katayoon Dehesh)說:「這些影響超越我們的食物。植物藉由隔絕二氧化碳來清淨我們的空氣、提供我們遮陽處、以及提供多種動物棲息地。提高它們生存率的好處是指數型的。」

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參考資料:

  1. Nield, D., (2022, July 17). Plants Appear to Be Self-Medicating by Producing Their Own Aspirin When Stressed. ScienceAlert
  2. Wang, J.-Z. et al., (2022, June 3). Reciprocity between a retrograde signal and a putative metalloprotease reconfigures plastidial metabolic and structural states. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.abo0724
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/these-stressed-out-plants-can-self-medicate-by-producing-their-own-aspirin(圖:Jin-Zheng Wang/UCR)
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