本所楊長賢教授提出「花被密碼」解密蘭花之美
登國際頂尖期刊自然(Nature)之系列期刊Nature Plants,並被選為5月份Nature Plants的封面 |
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蘭花的唇瓣通常是最醒目,也是最能吸引蟲媒停留授粉的部位。但長久以來唇瓣產生的原因,一直是植物學家解不開的謎題。日前由國立中興大學生物科技學研究所(簡稱生技所)特聘教授楊長賢所領導的團隊,經過多年的研究,提出「花被密碼」(Perianth code,簡稱P code),證實了蘭花唇瓣形成的原因及機制,解密蘭花之美。
研究成果已於4月27日線上刊登於國際頂尖期刊自然(Nature)之系列期刊Nature Plants,並被選為5月份Nature Plants的封面,同時亦被選為當週Nature所有系列期刊的研究亮點(Research highlights),刊出後立即獲得美、義、日等各國科學及媒體網站競相報導。Nature Plants當期更邀請國際知名的蘭花學家,荷蘭自然生物多樣中心主任Barbara Gravendeel博士撰寫專文報導,文中稱讚該研究的發現「大大的拓展了我們對控制蘭花花型多樣性變化機制的了解」(This greatly extends our understanding of the mechanisms leading to the diverse forms of orchid flowers)。
此項研究是由楊長賢指導興大生技所博士後研究員徐杏芬(第一作者)、許巍瀚,博士生毛婉廷、李貞穎,興大生化所楊俊逸助理教授及科博館李勇毅副研究員等共同完成,是一個純由國內學者獨力完成的研究成果。
研究成果已於4月27日線上刊登於國際頂尖期刊自然(Nature)之系列期刊Nature Plants,並被選為5月份Nature Plants的封面,同時亦被選為當週Nature所有系列期刊的研究亮點(Research highlights),刊出後立即獲得美、義、日等各國科學及媒體網站競相報導。Nature Plants當期更邀請國際知名的蘭花學家,荷蘭自然生物多樣中心主任Barbara Gravendeel博士撰寫專文報導,文中稱讚該研究的發現「大大的拓展了我們對控制蘭花花型多樣性變化機制的了解」(This greatly extends our understanding of the mechanisms leading to the diverse forms of orchid flowers)。
此項研究是由楊長賢指導興大生技所博士後研究員徐杏芬(第一作者)、許巍瀚,博士生毛婉廷、李貞穎,興大生化所楊俊逸助理教授及科博館李勇毅副研究員等共同完成,是一個純由國內學者獨力完成的研究成果。
楊長賢教授 (前排正中) 與花被密碼研究團隊
楊長賢表示,蘭科植物是現今植物界中包含植物種類最多的科之一,含有超過20,000多種以上的蘭花,在花卉產業上一直有著重要的地位。蘭花的花朵構造包含三片花萼與兩片花瓣,統稱為花被片(tepals),蘭花重要的特色是第三片花瓣特化成各種形式的唇瓣,使整朵花形成兩側對稱且多變美麗,跟一般輻射對稱的花非常不同。
蝴蝶蘭 (左圖)、 石斛蘭 (中圖) 與樹蘭 (右圖)的花朵形態
蘭花特異的唇瓣被認為是為吸引授粉者傳粉而經長時間演化出來的,它就像是授粉者的停機坪,提供昆蟲、飛蛾與蜻蜓等蟲媒停留。但唇瓣真正產生的原因,尚未有植物學家找出解答。
楊長賢指出,從過去的研究發現,一群MADS box基因被認為是控制花朵花型的主要因子,而對MADS box基因中與花瓣形成的B群基因已有許多研究,但是蘭花唇瓣的形成原因並無法單純的由B群基因來解釋,所以過去數十年來植物學家一直無法找到合理的解釋以破解所謂的「蘭花之美」(The beauty of orchid flowers)。
研究團隊的發現突破過去對B群基因的專一研究,他們提出蘭花唇瓣的形成是受到所謂的蛋白質複合體(protein complex)的調控,B群基因的蛋白質必須與一群AGL6的蛋白質形成蛋白質四聚體的複合體,而在蘭花中這種複合體有兩種,一種研究團隊稱之為「唇瓣複合體」 (L complex),另一種稱之為「花萼/花瓣複合體」(SP complex)。在蘭花中這兩種複合體互相競爭,當L complex的表現占優勢時花器就發育成唇瓣,而當SP complex占優勢時會抑制唇瓣的形成,而花器就往花萼/花瓣發展,若兩者同時均等存在時就會產生唇瓣與花萼/花瓣的中間型產物。
研究團隊將這個創新的發現稱之為「花被密碼」,同時進一步由研究蘭科植物多個亞科中的許多蘭花發現,不同類型的唇瓣形成都遵守這個「花被密碼」的規則。為了更證實這個「花被密碼」的理論正確,研究團隊透過基因靜默的技術將唇瓣中L複合體中的一個基因表現減少,結果造成了L 複合體在唇瓣中活性的瓦解,進一步產生了文心蘭及蝴蝶蘭中唇瓣轉變成花萼/花瓣的花被結構,這個結果具體及紮實的證明了「花被密碼」的正確,也解密了「蘭花之美」的神秘面紗,在國際花卉研究的領域上有突破性的貢獻。
楊長賢指出,從過去的研究發現,一群MADS box基因被認為是控制花朵花型的主要因子,而對MADS box基因中與花瓣形成的B群基因已有許多研究,但是蘭花唇瓣的形成原因並無法單純的由B群基因來解釋,所以過去數十年來植物學家一直無法找到合理的解釋以破解所謂的「蘭花之美」(The beauty of orchid flowers)。
研究團隊的發現突破過去對B群基因的專一研究,他們提出蘭花唇瓣的形成是受到所謂的蛋白質複合體(protein complex)的調控,B群基因的蛋白質必須與一群AGL6的蛋白質形成蛋白質四聚體的複合體,而在蘭花中這種複合體有兩種,一種研究團隊稱之為「唇瓣複合體」 (L complex),另一種稱之為「花萼/花瓣複合體」(SP complex)。在蘭花中這兩種複合體互相競爭,當L complex的表現占優勢時花器就發育成唇瓣,而當SP complex占優勢時會抑制唇瓣的形成,而花器就往花萼/花瓣發展,若兩者同時均等存在時就會產生唇瓣與花萼/花瓣的中間型產物。
研究團隊將這個創新的發現稱之為「花被密碼」,同時進一步由研究蘭科植物多個亞科中的許多蘭花發現,不同類型的唇瓣形成都遵守這個「花被密碼」的規則。為了更證實這個「花被密碼」的理論正確,研究團隊透過基因靜默的技術將唇瓣中L複合體中的一個基因表現減少,結果造成了L 複合體在唇瓣中活性的瓦解,進一步產生了文心蘭及蝴蝶蘭中唇瓣轉變成花萼/花瓣的花被結構,這個結果具體及紮實的證明了「花被密碼」的正確,也解密了「蘭花之美」的神秘面紗,在國際花卉研究的領域上有突破性的貢獻。
利用VIGS降低L複合體之蝴蝶蘭 (左上圖與下圖) 與文心蘭 (右上圖)
楊長賢表示,此研究成果顯示L 及SP complex基因的表現和蘭花花朵中唇瓣的形成與否有密切的關聯性,極具實際農業應用的價值,未來若能透過基因調控之方法,經由基因工程操控L 及SP complex基因之表現,例如讓L complex的基因在花萼/花瓣中表現,就會產生多個唇瓣的蘭花,相反的,使SP complex基因在唇瓣中表現,預期會產生多種不同變異型態唇瓣的蘭花,將能達到蘭花花卉改良之應用目的,除可增加蘭花市場的多樣性外,並將對提高台灣花卉產值有所助益。
天然突變之’三花瓣’蝴蝶蘭
最後楊長賢教授表示,此研究成果要感謝教育部頂尖大學計畫經費的挹注,國家能長期支持科學研究,終能開花結果。
中興大學楊長賢教授 (左中) 花被密碼研究團隊舉辦研究成果發表會
期刊論文檔案: nplants201546-楊長賢發表文章
期刊論文評論: nplants201556-評論文章
期刊論文檔案: nplants201546-楊長賢發表文章
期刊論文評論: nplants201556-評論文章
榮獲師大第15屆傑出校友 楊長賢鑽研花卉基因密碼 解密蘭花之美
https://www.youtube.com/watch?v=x_vS_LYkJeE
http://pr.ntnu.edu.tw/news/index.php?mode=data&id=15190
<稿件來源:2015-6-6國立臺灣師範大學/秘書室公共事務中心>
http://pr.ntnu.edu.tw/news/index.php?mode=data&id=15190
<稿件來源:2015-6-6國立臺灣師範大學/秘書室公共事務中心>
楊長賢教授榮獲師大第15屆傑出校友,6月6日頒獎典禮,由師大傑出校友、前教育部長吳清基(左)頒獎給楊長賢教授
楊長賢教授參加教育部第58屆的學術研究獎頒獎典禮 (左圖,右四),由行政院毛治國院長 (右圖左) 擔任頒獎人
秉持熱情與堅持 解開花卉的基因密碼
師大生命科學系70級校友楊長賢,現任中興大學生物科技研究所特聘教授。秉持著熱情與堅持,他鑽研植物花器老化機制、開花與花器形成機制與分生組織功能等生物科技,解開花卉在發育過程的基因密碼。
楊長賢教授 (左二) 與FYF研究團隊
臺灣素有「蘭花王國」美譽,2012年,楊長賢領導研究團隊發現,花朵中FYF基因的表現和花朵老化凋落有密切關聯,刊登於《植物期刊》(The Plant Journal)。今年(2015),他們解開蘭花的「花被密碼」,突破過去數十年植物學家積極尋找的「蘭花之美」的秘密,研究成果登上《Nature Plants》5月份封面,並當選《Nature》系列期刊的研究亮點。
楊長賢對臺灣花卉改良貢獻斐然,其研究成果每每突破花卉栽培的重要瓶頸,拓展植物學家對蘭花花型及老化機制的認識,未來應用至花卉產業,將豐富蘭花的多樣性,提高臺灣外銷花卉產值。
吃苦當吃補 逆境中學會正面思考
就讀師大生物系時,有別於同學專注學業,楊長賢為了分擔家計,必須到處打工,甚至暑假到工地當「捆工」,賺取下學期的學費及生活費。大學四年下來,從原本50公斤的瘦弱身材,到65公斤的健壯體型,「工地是免費的健身房。」回顧年少的艱困歲月,他說:「雖然環境逼你去做這些事,但要往正面思考,才能坦然面對。」
無法在學業上花太多工夫,楊長賢的成績並不好,他感謝當時導師溫永福老師,很包容比較不一樣的學生,老師總是鼓勵他做自己,兼顧生活和課業時,也要滿足學習的基本要求,「老師的鼓勵,讓我知道有人在關心我。」
回首大學四年,生物系的背景打下他的學術研究基礎,生活的困境讓他學會正面思考,經歷過這些逆境,即使現在研究上遇到瓶頸,楊長賢笑說:「還有什麼事情比求生存更難?」因此,他總會勉勵學生:「越早遇到挫折,才能增強逆境的免疫力。」
勇於面對未知 在實驗室中找到樂趣
畢業後,楊長賢放棄國中教師的穩定工作,喜歡變化和接受挑戰的他,選擇出國進修,因緣際會下,他申請上美國加州大學戴維斯校區(UC Davis)博士班,才真正算是踏入實驗室做研究,開啟了他的研究生涯。
博士班和大學的實驗課完全不同,大學做實驗都按表操課,甚至還沒做實驗就已知道結果,但在博士班做實驗,永遠不知道下一步是什麼,未知的結果點燃楊長賢的好奇心,「做實驗充滿挑戰性,不像別人想像的枯燥乏味,我的個性就是喜歡挑戰和變化,這種個性其實很適合做研究。」
只要有興趣,再怎麼苦也不覺得累,楊長賢對這些實驗就抱持這樣的心態。或許別人覺得研究工作單調、辛苦,因為他對結果感到好奇,即使花上一整天做實驗,甚至耗到三更半夜等待結果,也不會覺得累。
有一次,他經過連續幾天嘗試,終於在半夜一點多,產生令人滿意的結果,他不加思索、直接打電話給指導教授,電話那頭傳來教授睡意朦朧的聲音,稱讚他做的結果,他才驚覺不應該擾人清夢,幸好指導教授沒潑他冷水,願意分享他的喜悅,而這個經驗也讓他更堅定自己的研究之路。
鑽研花卉基因密碼 解密蘭花之美
蘭花的第三片花瓣特化成唇瓣,使蘭花花形兩側對稱,跟一般輻射對稱的花不同。特異的唇瓣就像授粉者的停機坪,提供昆蟲、飛蛾與蜻蜓等蟲媒停留。但唇瓣形成的原因,一直是植物學家解不開的謎題。
2015年,楊長賢所領導的研究團隊,提出「花被密碼」(Perianth code),證實蘭花唇瓣形成的原因及機制,發現L complex及SP complex基因的表現,和蘭花花朵的唇瓣形成與否有密切關聯性。
研究成果登上《Nature Plants》,並獲選為當期封面,及當週《Nature》所有系列期刊的研究亮點,國際知名的蘭花學家、荷蘭自然生物多樣中心主任Barbara Gravendeel博士撰寫專文,盛讚研究的發現「大大的拓展了我們對控制蘭花花型多樣性變化機制的了解」。
這項發現不僅解開「蘭花之美」謎題,也具有實際農業應用價值,未來透過基因調控,操縱L 及SP complex基因之表現,將會產生多種不同變異型態唇瓣的蘭花,增加蘭花市場的多樣性,也提高臺灣花卉產值。
勉勵學生 堅持、做自己
研究的道路上,總會遇到實驗不順利、論文被期刊拒絕,楊長賢認為,不要害怕嘗試各種可能,嘗試或許還有機會,但不嘗試就是零。「最重要的是堅持。」樂觀面對眼前的困難,不放棄最初的好奇心,才能在研究的道路上走得久、走得遠。
「不要心隨境轉,要心能轉境。」如同楊長賢的研究遭遇瓶頸,每人都有自己的人生課題,他強調:「首先,想辦法喜歡它,假設你不喜歡,那就想好的一面。」楊長賢鼓勵學生,找到喜歡的事去做,才能事半功倍。
對楊長賢來說,做研究可以發揮天馬行空的想法,挑戰未知的結果。他勉勵師大學弟妹,相信自己在這世上是獨一無二,勇敢做自己,不要太在意他人眼光或自己的能力,只要找到自己想做的事情,盡力去做,一定能達到目標。
中興圖書館專訪
<一朵花中見天堂--專訪生物科技所楊長賢老師>
http://www.lib.nchu.edu.tw/static_html/lib_newsletter/news_201503/news_201503_2.shtml#1
新唐人亞太電視台NTDAPTV:
<解密蘭花之美 興大登Nature Plants 封面>
https://www.youtube.com/watch?v=XvGzkqTWPug
http://www.ntdtv.com.tw/b5/20150514/video/148700.html?%E8%A7%A3%E5%AF%86%E8%98%AD%E8%8A%B1%E4%B9%8B%E7%BE%8E%20%E8%88%88%E5%A4%A7%E7%99%BBNature%20Plants%20%E5%B0%81%E9%9D%A2
楊長賢對臺灣花卉改良貢獻斐然,其研究成果每每突破花卉栽培的重要瓶頸,拓展植物學家對蘭花花型及老化機制的認識,未來應用至花卉產業,將豐富蘭花的多樣性,提高臺灣外銷花卉產值。
吃苦當吃補 逆境中學會正面思考
就讀師大生物系時,有別於同學專注學業,楊長賢為了分擔家計,必須到處打工,甚至暑假到工地當「捆工」,賺取下學期的學費及生活費。大學四年下來,從原本50公斤的瘦弱身材,到65公斤的健壯體型,「工地是免費的健身房。」回顧年少的艱困歲月,他說:「雖然環境逼你去做這些事,但要往正面思考,才能坦然面對。」
無法在學業上花太多工夫,楊長賢的成績並不好,他感謝當時導師溫永福老師,很包容比較不一樣的學生,老師總是鼓勵他做自己,兼顧生活和課業時,也要滿足學習的基本要求,「老師的鼓勵,讓我知道有人在關心我。」
回首大學四年,生物系的背景打下他的學術研究基礎,生活的困境讓他學會正面思考,經歷過這些逆境,即使現在研究上遇到瓶頸,楊長賢笑說:「還有什麼事情比求生存更難?」因此,他總會勉勵學生:「越早遇到挫折,才能增強逆境的免疫力。」
勇於面對未知 在實驗室中找到樂趣
畢業後,楊長賢放棄國中教師的穩定工作,喜歡變化和接受挑戰的他,選擇出國進修,因緣際會下,他申請上美國加州大學戴維斯校區(UC Davis)博士班,才真正算是踏入實驗室做研究,開啟了他的研究生涯。
博士班和大學的實驗課完全不同,大學做實驗都按表操課,甚至還沒做實驗就已知道結果,但在博士班做實驗,永遠不知道下一步是什麼,未知的結果點燃楊長賢的好奇心,「做實驗充滿挑戰性,不像別人想像的枯燥乏味,我的個性就是喜歡挑戰和變化,這種個性其實很適合做研究。」
只要有興趣,再怎麼苦也不覺得累,楊長賢對這些實驗就抱持這樣的心態。或許別人覺得研究工作單調、辛苦,因為他對結果感到好奇,即使花上一整天做實驗,甚至耗到三更半夜等待結果,也不會覺得累。
有一次,他經過連續幾天嘗試,終於在半夜一點多,產生令人滿意的結果,他不加思索、直接打電話給指導教授,電話那頭傳來教授睡意朦朧的聲音,稱讚他做的結果,他才驚覺不應該擾人清夢,幸好指導教授沒潑他冷水,願意分享他的喜悅,而這個經驗也讓他更堅定自己的研究之路。
鑽研花卉基因密碼 解密蘭花之美
蘭花的第三片花瓣特化成唇瓣,使蘭花花形兩側對稱,跟一般輻射對稱的花不同。特異的唇瓣就像授粉者的停機坪,提供昆蟲、飛蛾與蜻蜓等蟲媒停留。但唇瓣形成的原因,一直是植物學家解不開的謎題。
2015年,楊長賢所領導的研究團隊,提出「花被密碼」(Perianth code),證實蘭花唇瓣形成的原因及機制,發現L complex及SP complex基因的表現,和蘭花花朵的唇瓣形成與否有密切關聯性。
研究成果登上《Nature Plants》,並獲選為當期封面,及當週《Nature》所有系列期刊的研究亮點,國際知名的蘭花學家、荷蘭自然生物多樣中心主任Barbara Gravendeel博士撰寫專文,盛讚研究的發現「大大的拓展了我們對控制蘭花花型多樣性變化機制的了解」。
這項發現不僅解開「蘭花之美」謎題,也具有實際農業應用價值,未來透過基因調控,操縱L 及SP complex基因之表現,將會產生多種不同變異型態唇瓣的蘭花,增加蘭花市場的多樣性,也提高臺灣花卉產值。
勉勵學生 堅持、做自己
研究的道路上,總會遇到實驗不順利、論文被期刊拒絕,楊長賢認為,不要害怕嘗試各種可能,嘗試或許還有機會,但不嘗試就是零。「最重要的是堅持。」樂觀面對眼前的困難,不放棄最初的好奇心,才能在研究的道路上走得久、走得遠。
「不要心隨境轉,要心能轉境。」如同楊長賢的研究遭遇瓶頸,每人都有自己的人生課題,他強調:「首先,想辦法喜歡它,假設你不喜歡,那就想好的一面。」楊長賢鼓勵學生,找到喜歡的事去做,才能事半功倍。
對楊長賢來說,做研究可以發揮天馬行空的想法,挑戰未知的結果。他勉勵師大學弟妹,相信自己在這世上是獨一無二,勇敢做自己,不要太在意他人眼光或自己的能力,只要找到自己想做的事情,盡力去做,一定能達到目標。
中興圖書館專訪
<一朵花中見天堂--專訪生物科技所楊長賢老師>
http://www.lib.nchu.edu.tw/static_html/lib_newsletter/news_201503/news_201503_2.shtml#1
新唐人亞太電視台NTDAPTV:
<解密蘭花之美 興大登Nature Plants 封面>
https://www.youtube.com/watch?v=XvGzkqTWPug
http://www.ntdtv.com.tw/b5/20150514/video/148700.html?%E8%A7%A3%E5%AF%86%E8%98%AD%E8%8A%B1%E4%B9%8B%E7%BE%8E%20%E8%88%88%E5%A4%A7%E7%99%BBNature%20Plants%20%E5%B0%81%E9%9D%A2