研究方向

植物高溫逆境反應與記憶

植物對於環境變化非常敏感，但是它們的反應往往不容易被人們的肉眼所察覺。所幸，科技的發展使得植物的反應或行為可以被儀器敏銳地偵測到，協助科研人員研究植物如何適應自然環境中偶發的各種不利因素，也就是所謂的逆境反應。近年來，不斷有證據顯示，植物除了能對逆境做出立即的反應以外，還能保留住經歷逆境的記憶，改變了個體甚至後代的表現，在農業上，這意味著記憶對農作物產量及品質有著潛在的影響。因此，了解記憶與植物生理的關係正如同了解記憶與人體健康的關係一樣，有其重要意義。然而，相對於以神經元為主體的動物記憶研究，吾人對於植物的記憶機制缺乏系統性的認知，因此，植物記憶的研究及應用還有相當大的拓展空間。

目前，關於植物逆境記憶的研究大多屬於現象的描述，至於植物如何維持記憶則著墨甚少。本研究室同仁在過去的工作中，發現了參與維持植物熱逆境記憶的相關基因，例如 HSA32 及 HSFA2 等，成為植物記憶研究領域經常被提及的範例。面對氣候變遷的威脅，永續農業的發展更需要紮實的基礎科學作為後盾，因此，本研究室持續前沿知識的開發，期能解開植物逆境記憶機制的奧祕。目前，我們主要以阿拉伯芥和水稻的高溫逆境反應作為實驗體系，來探討維持高溫記憶的機制及其生理作用。

熱適應記憶之維持

熱順應(heat acclimation)是指細胞或生物個體感受環境增溫時，所啟動的耐熱機制，這是普遍存在於生物界稱為「預啟作用(priming)」的一種防禦類型。高溫的預啟作用活化了 Heat Shock Factor (HSF) 轉錄因子，啟動一群維持蛋白質正確折疊的熱休克蛋白基因，例如，負責解開蛋白質不規律糾結的 HSP101。這些蛋白質的產生，大幅提高植物對極端高溫的後天耐熱性(acquired thermotolerance)。當植物回歸正常溫度數日後，後天耐熱性便逐漸降低至預啟前的程度。我們的研究發現，植物透過至少兩個途徑來維持熱適應的記憶：HSFA2 參與的轉錄記憶途徑；HSP101 及 HSA32 蛋白的正回饋調節途徑（如下圖）。缺少其中任何一個途徑，植物就會顯現比較“健忘”的表現型。