Epigenetic 」 的 作用 把 它 關 起來 然後 就 可以 促進 開花 從 1935年 植物學家 觀察到 花開 週期 光 敏素 這些 現象 之後 就 相信 在 植物體 內 一定 有 一 個 分子機轉 控制 著 開花 的 週期 但是 那 是 什麼 呢 由於 那 個 時候 分子 生物學 的 技術 和 基因 工程 的 技術 __UNDEF__ 尚未 成熟 所以 一直 找 不 到 答案 從 2002年 之後 美國 加州 Scripps 研究 機構 的 二 位 學者 Marcelo Yanovsky 博士 和 Steve Kay 博士 他們 發現 了 一 種 基因 叫做 CONSTANS 從 CONSTANS 的 基因 被 發現 之後 植物 的 開花機 轉 就 漸漸 的 揭密 了 讓 我們 把 焦點 集中 在 葉片 上 就 能 更 深入 了 解 植物 體 內 的 開花 機制 是 怎麼 運作 的 當 植物 曝露 在 白晝 光照 下 光敏素 被 活化 將 訊息 傳遞到 植物 的 細胞核 就 啟動 了 葉子 上 一 個 能 設定 開花 時間 的 基因 這 個 關鍵 基因 叫做 「 CONSTANS 」 簡稱 CO 基因 在 日照數 小時 之後 CO 基因 轉譯出 CO 蛋白質 去 啟 動植物 開花 的 機制 然而 CO 蛋白質 有 個 特性 在 午後 它 的 活性 會 變 得 比較 差 假設 這 個 時候 植物 不能 產生 足量 的 光敏 色素 加強 刺激 用來 活化 CO 蛋白質 植物 就 不會 開花 了 科學家 發現 CO 蛋白質 在 此刻 非常 重要 原因 是 當 葉子 上 有 足夠 的 光敏素 時 充滿 活力 的 CO 蛋白質 會 像 推骨牌 一樣 啟動 一連串 的 骨牌 效應 喚醒 下游 的 基因 它 就 像是 派出 一 個 能 遊走 維管束韌 皮部 的 傳令兵 傳遞 重要 的 訊息 給 莖頂 的 花苞 告訴 它 現在 就 是 盛開 的 好 時機 快 綻放 吧 那麼 誰 又 是 這 個 「 傳令兵 」 呢 它 就 是 科學家 尋找 已 久 的 開花素 FT 蛋白質 在 2005年 和 2007年 的 實驗 裡 研究 人員 利用 基因 轉殖 的 方法 以 螢光 蛋白 對 阿拉伯 芥 上 進行 標記 追蹤 開花素 FT 蛋白質 在 幾 分鐘 裡 就 通過 了 維管束 的 韌皮部 到達 莖頂 激活 相關 的 基因 促使 植物 開花 了 這 個 開花素 「 FT 蛋白質 」 它 是 由 葉片 上 的 基因 FLOWERING LOCUS T 簡稱 「 FT 」 基因 所 轉譯 的 蛋白質 產物 接下來 我們 來 了 解 科學家 用 基因 轉殖 的 方法 找到 開花素 FT 蛋白質 的 過程 我們 會 把 阿拉伯芥 的 花絮 浸泡 在 膿桿菌 裡面 就 會 完成 基因 轉殖 的 過程 接下來 我們 就 等 著 收取 種子 收取完 的 種子 之後 我們 就 會 透過 篩選 標記 來 篩選 哪些 種子 是 轉殖株 科學家 們 把 FT 基因 跟 水母 綠色 螢光 蛋白質 基因 連結 在一起 然後 藉由 膿桿菌 把 它 轉到 阿拉伯 芥 裡面 來 研究 聰明 的 科學家 就 將 FT 的 突變株 這 一 株 植物 是 沒有 FT 的 嫁接 在 具有 FT 綠色 螢光 蛋白質 的 母株 上面 發現到 嫁接 的 接穗 是 會 開花 的 也 在 上面 發現 了 綠色 螢光 蛋白質 在 上面 所以 可以 直接 的 證明 FT 可以 在 葉部 產生 然後 隨著 維管束 上昇 到 株 的 生長點 並且 促進 未 開花 的 FT 突變株 開花 「 FT 」 基因 由於 受到 光敏素 活化 的 CO 基因 啟動 釋放出 FT 蛋白質 從 葉子 經由 維管束韌 皮部 傳導 而 到達 莖頂 和 莖頂 的 基因 FLOWERING LOCUS D 轉譯出來 的 FD 蛋白質 結合 形成 蛋白質 複合物 之後 如同 小 號手 般 一起 吹出 了 開花 的 號角 花蕾 受到 刺激 就 綻放出 朵朵 笑靨 中興 大學 生物 科技 中心 主任 楊長賢 教授 帶領 的 研究 團隊 近年 來 也 深入 研究 了 開花 機制 對於 FT 基因 的 應用 有 很 大 的 突破 他們 將 FT 基因 轉殖 在 阿拉伯芥 上 得到 了 一些 重要 的 結論 所以 楊 教授 這些 都 是 阿拉伯 芥 乍看 之下 看起來 沒有 什麼 太 大 的 差別 可是 我們 仔細 看 這 一 組 插 黃色 牌子 的 好像 比較 矮 一點 那 這 一 組 插 白色 牌子 好像 比較 高 了 一點 這樣 能不能 跟 我們 談談 我 知道 您 的 研究 團隊 在 FT 基因 的 研究 上面 有 很 卓越 的 成果 那 可不可以 跟 我們 談談 現在 研究 的 近況 呢 好 那 各位 看到 這 個 植物 從 這邊 來 看 各位 可以 看到 這 是 就 是 野生種 的 阿拉伯 芥 就 是 沒有 經過 任何 的 基因 的 轉殖 所以 它 大概 三 個 禮拜 的 時候 它 還 維持 在 營養期 的 階段 大概 長 這麼 高 對 都 是 只 做 營養期 的 葉子 那 這邊 這 批 六 顆 植物 各位 可以 看到 就 是 剛 主持人 說 它 高高 的 事實 上 它 就 是 已經 進入 生殖期 已經 做出 花絮 跟 上面 的 花 那 這 個 植物 不同 的 地方 是 我們 從 文心蘭 裡面 去 把 FT 的 這 個 同源 基因 把 它 取置 出來 以後 然後 把 它 轉進 阿拉伯 芥 讓 它 在 阿拉伯芥 大量 表現 那 高 表現 的 結果 就 造成 了 促進 阿拉伯芥 的 提早 開花 所以 這 大概 多久 就 長成 這樣 這 個 大概 兩 個 到 三 個 禮拜 它 就 開花 了 所以 大概 早 了 一 個 禮拜 早 了 差不多 兩 個 禮拜 正常 的 大約 要 四 個 禮拜 才 會 開花 所以 我們 可以 看 得 到 這 小小 的 花 對 我們 看到 已經 開花 了 嘛 這邊 也 可以 看到 這樣 的 一 個 實驗 是 不 是 就 可以 讓 我們 更 証實 說 FT 基因 的確 有 提早 開花 的 功能 對 沒有 錯 而且 這 個 實驗 可以 更 進一步 的 說明 FT 這 個 基因 它 在 植物界 中間 的 保守性 是 非常 高 的 因為 我們 轉進去 的 是 一 個 單子 葉文心蘭 的 FT 的 同源 基因 在 阿拉伯 芥 上面 也 可以 有 同樣 的 效果 完全 同樣 的 效果 這 個 說 不 是 只 有 一 顆 可以 看到 它 幾乎 全部 都 有 對 __UNDEF__ 這樣 證明 說 FT 基因 可以 跨種 所以 我們 可以 利用 這 個 機制 把 不同 植物 的 FT 的 基因 拿來 轉到 另外 一 種 你 想要 的 植物 裡頭 那 它 就 可以 造成 植物 的 提早 開花 於是 楊長賢 教授 長期 做 了 許多 植物 跨種 轉嫁 FT 的 實驗 也 都 有 實際 的 成果 支持 相關 的 理論 他 希望 這 種 運用 基因 轉殖 去 調控 開花 機轉 的 技術 能夠 大量 運用 在 有 經濟 價值 的 植物 上 楊 教授 剛 我們 聽到 您 已經 在 阿拉伯 芥 這 個 系統 上面 確認 了 FT 基因 的 功能 我 想 控制 開花機 轉 應該 不只 一 個 基因 應該 牽涉 了 好多 個 基因 所以 是 不 是 可以 告訴 我們 您 的 實驗 是 還 有沒有 做 其他 基因 的 研究 跟 開花 功能 相關 的 是 __UNDEF__ 有 那 你 知道 FT 它 是 一 個 很 主要 的 基因 但是 現代 的 研究 也 知道 說 FT 它 最後 還是 要 調控 下游 的 基因 去 做 事情 下游 有 個 像 叫 AP1 相關 的 基因 那 我們 除了 在 文心蘭 裡面 去 找到 FT 的 同源 基因 之外 我們 也 從 文心蘭 找到 了 下游 AP1 同源 基 然後 這 個 基因 我們 也 同樣地 去 轉到 阿拉伯芥 去 然後 我們 也 發覺 它 促進 開花 非常 明顯 那 也 轉到 洋桔梗 那 也 看到 洋桔梗 的 提早 開花 那 最 重要 的 是 要 轉到 文心蘭 裡 去 做 實驗 所以 我們 也 透過 轉殖 文心蘭 各位 可以 看到 這 個 就 是 文心蘭 的 PLB 就 是 它 的 一些 組織 然後 我們 把 文心蘭 的 這 個 AP1 的 基因 轉殖進去 讓 它 高 表現 在 溫室 我們 觀察 的 結果 我們 發覺 這 個 AP1 相似 的 基因 文心蘭 的 這 個 基因 最後 轉到 文心蘭 裡頭 去 它 造成 文心蘭 的 開花 時間 提早 文心蘭 是 台灣 最 大 宗 外銷 的 蘭花 品種 如果 能 讓 它 提早 開花 花農 的 成本 和 等待 蘭花 成熟 開花 的 時間 都 可以 減少 許多 據 我 了解 好像 是 同 時間 一起 栽種 的 __UNDEF__ 對 不 對 對 可是 我們 可以 看 的 到 這 一 盆 還 沒有 開花 可是 這 一 盆 已經 開 得 很 好 了 那 可不可以 跟 我們 解釋 一下 是 怎麼樣 一 個 原理 這 很 簡單 那 一 盆 沒有 開花 的 大概 未來 要 開花 差不多 要 花 二 年 的 時間 它 就 是 沒有 轉 基因 的 野生種 的 文心蘭 那 這 一 盆 文心蘭 呢 就 是 我們 轉 了 文心蘭 的 一 個 FT 的 下游 基因 AP1 類似 基因 的 文心蘭 所以 就 是 我們 剛才 看到 的 在 培養皿 裡面 看到 的 轉殖 的 圓球體 轉 了 AP1 的 圓球體 就 長成 這麼 大 了 __UNDEF__ 是 不 是 對 它 已經 大概 一 年 到 一 年 半 它 就 開始 開花 了 那 各 位 可以 看到 它 的 花絮 也 抽 得 非常 正常 對 所以 足足 提早 了 至少 半 年 是 __UNDEF__ 是 FT 的 發現 給 植物界 帶來 很多 的 驚喜 它 的 研究 和 應用 給 人類 帶來 更多 的 想像 和 期待 不但 希望 藉著 調控 花 開 的 週期 使 世界 上 因為 有 著 不斷 盛開 的 花兒 而 更 美麗 更 能夠 利用 它 增加 作物 產量 讓 世界 可以 避免 貧乏 FT 這 個 分子 是 目前 被 認為 是 flowering 是 開花素 我們 人類 很多 的 食物 都 是 來自於 果實 比方說 黃豆 米 小麥 __UNDEF__ 玉米 等等 這些 都 是 種子 這些 種子 是 經由 開花 授粉 而 來 的 那 原則上 假使 你 能夠 瞭解 開花 機制 就 代表 你 能夠 掌握 開花 的 開關 以 早熟 稻 為 例子 的 話 假使 說 我們 能夠 了 解 颱風 的 周期 的 話 是 不 是 我們 就 可以 透過 遺傳工程 的 方法 讓 這些 稻作 的 成熟 在 收穫 的 過程 當中 能夠 提早 或者 是 延後 來 擺脫 這些 天然 的 災害 能夠 確保 我們 的 收成 讓 花兒 開 的 「 開關 」 FT 蛋白質 就 揭開 了 花 開 機轉 的 神秘 面紗 於是 科學家 就 開始 進行 龐大 的 基因 改造 工程 觀賞 植物 和 經濟 作物 就 成 了 首要 的 改造 目標 於是 水稻 就 成 了 最 重要 的 改造 作物 許多 人 都 沒 看過 水稻 開花 水稻 的 花朵 很 難 窺見 是 因為 水稻 大概 是 世上 開花期 最 短 的 植物 之 一 了 水稻 從 開花 到 自體 授粉 前後 不到 2 個 小時 稻 成為 稻穗 之後 一 株 稻穗 會 開 大約 兩百 到 三百