細胞溝通是生物體重要的基本生理功能，動物可透過神經電訊號傳遞訊息分子，但在植物體內，植物細胞由堅硬的細胞壁包圍構成，訊息傳遞不易，再加上植物的「行為」不像動物明顯可觀察，因此對於植物體訊息傳遞機制的研究進展較困難與緩慢。
美國冷泉港實驗室（Cold Spring Harbor Laboratory）近期發表於《Science》研究中指出，從模式生物阿拉伯芥（Arabidopsis thaliana）找到最新線索：植物細胞透過傳遞 mRNA 達成溝通，這解釋了植物發育與細胞分裂過程中，植物體協調環境訊息、得知該往哪裡生長的機制。
藻類是生技產業未開發的金礦？（基因線上國際版）阿拉伯芥透過 mRNA 外泌體傳遞訊息
阿拉伯芥是全世界第一個完成全基因組定序的植物，是長期以來用於基礎研究的植物模式生物。在此項研究發現，阿拉伯芥細胞間透過傳遞 KNOTTED1（KN1） mRNA 同源基因，達到細胞溝通的效果。不僅如此，KN1 進入細胞還需要 AtRRP44a（processing protein 44a） 蛋白協助。
AtRRP44a 是一種 RNA 外泌體次單元（exosome subunit），它在真核生物中扮演修飾、降解 RNA 的多樣功能。而在植物體訊息傳遞方面，AtRRP44a 能透過包裹 KN1 mRNA、穿越細胞壁上的原生質絲（plasmodesmata）孔道，達成細胞與細胞之間的溝通。當 AtRRP44a 濃度過低，細胞間的 mRNA 傳遞速度會變慢，植物也無法正常生長。
許多植物存在類似的訊息傳遞機制
除了阿拉伯芥，研究團隊發現玉米也有透過類似的外泌體訊息傳遞機制。他們將阿拉伯芥與玉米的 AtRRP44a 基因片段相互轉殖，發現植物仍可正常生長，證明兩物種的 RNA 外泌體訊息傳遞機制接近。
「植物相當複雜，它們看起來只是處在環境中不動，事實上正處理大量環境訊息、植物的不同構造間不斷溝通，交流著是否受到病原體攻擊，或者需要補充攝取營養等。」該研究計畫主持人 David Jackson 教授說道。
增加植物逆境反應的調控管道
根據 David Jackson 教授 2021 年底發表在《Science》的另一項研究顯示，植物體透過原生質絲傳遞 RNA 外泌體的訊息通道，可增加植物的環境耐受度。
具體而言，當這類訊息傳遞較活躍時，玉米根部的細胞層數會隨之增加，並提升玉米耐洪水、儲存碳水化合物等能力，使其更有利在極端環境生長。
David Jackson 教授這系列研究提出，RNA 外泌體在阿拉伯芥、玉米等植物扮演訊息傳導的重要功能，並且這與植物適應環境的能力緊密相關。未來隨著全球氣候環境變遷，農業資源受限，若能利用基因工程提升植物 RNA 外泌體與原生質絲傳遞，促進其逆境反應的調控能力將是一條可行管道。
延伸閱讀：哪些非編碼 DNA 會影響植物育種？KeyGene、Annogen 啟動基因體研究計畫參考資料：
1. https://www.cshl.edu/plants-rna-notes-to-self/
2. Science, 2022; https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm0840
3. Science, 2021; https://www.science.org/doi/10.1126/science.abj2327
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