细胞沟通是生物体重要的基本生理功能，动物可透过神经电讯号传递讯息分子，但在植物体内，植物细胞由坚硬的细胞壁包围构成，讯息传递不易，再加上植物的“行为”不像动物明显可观察，因此对于植物体讯息传递机制的研究进展较困难与缓慢。
美国冷泉港实验室（Cold Spring Harbor Laboratory）近期发表于《Science》研究中指出，从模式生物阿拉伯芥（Arabidopsis thaliana）找到最新线索：植物细胞透过传递 mRNA 达成沟通，这解释了植物发育与细胞分裂过程中，植物体协调环境讯息、得知该往哪里生长的机制。
藻类是生技产业未开发的金矿？（基因线上国际版）阿拉伯芥透过 mRNA 外泌体传递讯息
阿拉伯芥是全世界第一个完成全基因组定序的植物，是长期以来用于基础研究的植物模式生物。在此项研究发现，阿拉伯芥细胞间透过传递 KNOTTED1（KN1） mRNA 同源基因，达到细胞沟通的效果。不仅如此，KN1 进入细胞还需要 AtRRP44a（processing protein 44a） 蛋白协助。
AtRRP44a 是一种 RNA 外泌体次单元（exosome subunit），它在真核生物中扮演修饰、降解 RNA 的多样功能。而在植物体讯息传递方面，AtRRP44a 能透过包裹 KN1 mRNA、穿越细胞壁上的原生质丝（plasmodesmata）孔道，达成细胞与细胞之间的沟通。当 AtRRP44a 浓度过低，细胞间的 mRNA 传递速度会变慢，植物也无法正常生长。
许多植物存在类似的讯息传递机制
除了阿拉伯芥，研究团队发现玉米也有透过类似的外泌体讯息传递机制。他们将阿拉伯芥与玉米的 AtRRP44a 基因片段相互转殖，发现植物仍可正常生长，证明两物种的 RNA 外泌体讯息传递机制接近。
“植物相当复杂，它们看起来只是处在环境中不动，事实上正处理大量环境讯息、植物的不同构造间不断沟通，交流着是否受到病原体攻击，或者需要补充摄取营养等。”该研究计画主持人 David Jackson 教授说道。
增加植物逆境反应的调控管道
根据 David Jackson 教授 2021 年底发表在《Science》的另一项研究显示，植物体透过原生质丝传递 RNA 外泌体的讯息通道，可增加植物的环境耐受度。
具体而言，当这类讯息传递较活跃时，玉米根部的细胞层数会随之增加，并提升玉米耐洪水、储存碳水化合物等能力，使其更有利在极端环境生长。
David Jackson 教授这系列研究提出，RNA 外泌体在阿拉伯芥、玉米等植物扮演讯息传导的重要功能，并且这与植物适应环境的能力紧密相关。未来随着全球气候环境变迁，农业资源受限，若能利用基因工程提升植物 RNA 外泌体与原生质丝传递，促进其逆境反应的调控能力将是一条可行管道。
延伸阅读：哪些非编码 DNA 会影响植物育种？KeyGene、Annogen 启动基因体研究计画参考资料：
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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