石油再生首部曲? 從植物「自噬作用」說起

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自噬作用(autophagy)是生物界重要的細胞內降解機制。在哺乳動物細胞、酵母菌和植物中,自噬作用與飢餓反應、發育、澱粉降解、非生物威脅反應和先天免疫反應等重要生理進程有關。

近日,美國能源部 Brookhaven 國家實驗室的生物化學研究團隊發現,植物能透過自噬作用控制其細胞中油脂含量,同時還提供科學家未來能增加石油累積的可能策略,該研究刊登於《Plant Cell》。

該研究團隊透過放射性標記前體化學品植物來製造脂肪酸,並且追踪標記的脂肪酸隨時間變化而移動位置。他們首先發現標記的脂肪酸成為細胞膜的一部分,然後當膜被破壞時,能透過自噬作用而釋放脂肪酸,隨後能組裝成油脂,儲存在脂滴中。隨後,他們關閉自噬作用所需的基因,可使脂滴的積累減少 70%。

為了啟動植物的自噬作用,該研究團隊把它們放在黑暗中,沒有陽光,就沒有光合作用來提供能量。接著,他們使用用二種螢光標記來標記脂滴(綠色)和液泡周圍的膜(紅色)。隨後發現,在液泡內部,酶通常會分解脂滴以釋放脂肪酸以獲取能量,但他們能在液滴消失之前捕獲圖像。此外,他們再次阻斷自噬作用的基因表現,使液泡不能吃掉液滴,因此它們會積聚在細胞質中。對此,他們解釋,將未被消化的油滴留在細胞質中,可能不利於在黑暗中挨餓的植物,但它也提供一種策略,以幫助生物能源植物積累更多的油。

植物細胞液泡(紅色)內的脂滴(綠色)。 來源:https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=115519

根據世界能源會(World Energy Council)的估計,全球石油將於 40-50 年內用盡。然而,若未來科學家能進一步發現油脂產生或累積的相關訊息傳遞,開發出讓植物製造儲存更多的脂肪酸的策略。

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參考資料:
1. The Plant Cell, 2019 DOI: 10.1105/tpc.19.00170
2. https://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=115519
3. http://www3.nstm.gov.tw/green/01_about_a.html

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