中研院揭开植物受孕关键脂质「磷脂酸」 有助提高稻米、小麦等农作物产量
「花粉管」是植物受孕的最后一哩路，当花粉落在雌蕊上后，还要长出花粉管，才能送精细胞到蕊中与卵子相遇。中央研究院植物暨微生物学研究所副研究员中村友辉团队，近期发现影响花粉管生长的关键脂质「磷脂酸」（Phosphatidic acid, PA）的生成机制。此研究有助于掌握脂质讯息与花粉管生长的关系，也有机会发展成提高农产量的新策略。
中村友辉表示，花粉发育对植物的生殖繁衍至关重要，有些农作物的产量问题，更直接与花粉不孕有关。过去有研究已指出，磷脂酸PA在花粉管生长过程中扮演着传递讯息的重要角色，然而，PA如何生成、又如何影响花粉管生长？尚不得而知。
▲研究团队将DGK酵素接上萤光蛋白后，可看见一粒粒花粉在黑暗中有明显的萤光表现，代表其中含有大量DGK酵素。（图／中央研究院提供）
研究团队指出，研究过程首先在植物阿拉伯芥花粉内鉴定出DGK2及DGK4二种酵素，再经实验证实，缺少此二种酵素的植株便会缺少PA，花粉管也停止生长，导致植物无法授粉、结果。证明了DGK2与DGK4便是PA的生长关键。此外，当团队对这些缺陷植株将施加PA或将相关基因送入植株，使其产生DGK酵素后，花粉管便如正常的花粉一般，在12小时内达到正常的长度。
中村友辉解释，PA在花粉管中是一种脂质讯息，主要存在于花粉管的尖端与底部之间，诱导花粉管生长。而本次研究发现，在花粉细胞内，二种DGK酵素会将没有传递讯息功能的二酸甘油酯（Diacylglycerol, DAG）转换成有传递讯息功能的PA，借此达到花粉管生长的目的。
▲阿拉伯芥。（图／中央研究院提供）
此研究成果将对解决农业产量问题有所帮助。中村友辉说，因为DGK2、DGK4这类酵素广泛存在于重要的农业作物中，在稻米、小麦、玉米、番茄、苹果中等都可见到。因此，推测此次发现的PA 合成机制也在各种植物中存在，可能是增进作物受孕与产量研究的新契机。
中村友辉长期研究植物的脂质对于其生殖过程所扮演的角色。研究团队曾在2015年发现另一种参与种子发育及油脂合成的关键酵素。他强调，要将植物与脂质联想在一起似乎很难，但其实植物本身也富含脂质，不同种类的脂质，对于植物生长发育与生殖过程扮演举足轻重的角色。该论文已于5月29日发表于植物学顶尖期刊The Plant Cell。