中研院揭開植物受孕關鍵脂質「磷脂酸」 有助提高稻米、小麥等農作物產量
「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。中央研究院植物暨微生物學研究所副研究員中村友輝團隊，近期發現影響花粉管生長的關鍵脂質「磷脂酸」（Phosphatidic acid, PA）的生成機制。此研究有助於掌握脂質訊息與花粉管生長的關係，也有機會發展成提高農產量的新策略。
中村友輝表示，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着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。（圖／中央研究院提供）
研究團隊指出，研究過程首先在植物阿拉伯芥花粉內鑑定出DGK2及DGK4二種酵素，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。
▲阿拉伯芥。（圖／中央研究院提供）
此研究成果將對解決農業產量問題有所幫助。中村友輝說，因爲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，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。
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。研究團隊曾在2015年發現另一種參與種子發育及油脂合成的關鍵酵素。他強調，要將植物與脂質聯想在一起似乎很難，但其實植物本身也富含脂質，不同種類的脂質，對於植物生長髮育與生殖過程扮演舉足輕重的角色。該論文已於5月29日發表於植物學頂尖期刊The Plant Cell。