永不凋落的花，科學家造

呂傳彬

從古至今，隨著春夏秋冬更迭轉換的花開與花落，不只象征植物生長的生命周期，更激發騷人墨客的靈感，就如同陶淵明在《桃花源記》中描繪的，“忽逢桃花林，夾岸數百步，中無雜樹，芳草鮮美，落英繽紛……”這些動人詞句為亙古不變的自然現象增添一股詩意。每當欣賞這些美景時，你心里是不是暗暗在想，如果這些花永遠不會凋謝落地，那該多好啊。如今，科技正在幫我們一步步達成心愿。

科學家欲解開花落之謎

為何會有所謂的花開花謝、瓜熟蒂落？這些在一般人眼中看起來理所當然的自然現象，在科學家眼里卻是非比尋常！

為揭開植物花開花謝的神秘面紗，臺灣大學生命科學院植物科學研究所靳宗洛助理教授與美國密蘇里州立大學團隊經過長時間研究，終于解開了個中奧妙。他們的研究成果發表在《美國國家科學院院刊》上，成為該期的封面故事，引起了全世界生命科學界的矚目與重視。

談到研究緣起，專研植物分子生物學的靳宗洛笑著說，就如同當年牛頓因為被掉下來的蘋果打到頭而引發對地心引力的探索一般，身為科學人的他則好奇為何只有成熟的蘋果才會從樹上掉落。不同以往的思考角度，激發了靳宗洛想要一探花開花謝與瓜熟蒂落的背后原因。

靳宗洛與研究團隊選擇用阿拉伯芥來當研究對象。阿拉伯芥還有很多其他名字，比如擬南芥、鼠耳芥、阿拉伯草，這種小小的有花植物，在植物科學研究中可是來頭不小，當然功勞也不小。它是世界上第一個基因組被完整測序的植物，因此成為理解許多植物性狀的一種流行的分子生物學工具，它在農業科學中所扮演的角色，就像是小鼠和果蠅在人類生物學中的一樣，許多實驗都是圍繞它而展開的。

植物究竟通過什么來傳遞“脫落”的信號

受體是細胞內的一類特殊蛋白質，能與細胞外的特殊信號分子結合，激活細胞內一系列生物化學反應，使細胞對外界刺激產生相應的效應。

經過研究，靳宗洛認為，植物的脫落作用是一種訊息傳遞過程，當植物接收到訊息后，就會開始進行瓜熟蒂落等動作，目的是為了脫落植物本身的花瓣、葉片、果實等，以達到“開枝散葉、繁衍后代”的效果，此外也具有自我保護功能，幫助植物順利脫落已感染病菌的那部分花果。

而幫助植物啟動脫落作用最重要的引發分子，就是一種名為IDA的蛋白質。靳宗洛說，IDA就如同是開啟植物脫落作用的鑰匙，當外界環境邁入秋冬季節轉換之際、溫度與光照達到一定程度時，IDA就會開始發出指令，并通過植物細胞膜上的兩個受體HAESA與HAESA-like2，向花瓣、葉片等傳達“脫落”的信號。

HAESA是調控植物器官脫落關鍵

HAESA是一種很獨特的受體，是負責調控植物器官脫落作用最重要的因子，當HAESA與 HAESA-like2接收到來自IDA的訊息后，就會激發植物體內的一系列動作，來調控花瓣與果實的脫落作用。

事實上，過去也有許多科學家試圖解開花落之謎，但總是缺乏臨門一腳，直到靳宗洛與研究團隊找出負責調控植物生長發育作用的HAESA因子，才順利解構出花開花落的訊息傳導藍圖。

HAESA基因的被確認，也讓終止花落現象成為可能。靳宗洛表示，通過基因剔除術剔除HAESA基因之后，就能阻斷相關訊息傳遞功能，讓“脫落作用”無法繼續進行。

研究團隊以阿拉伯芥為實驗主體的研究結果發現，經過基因剔除的阿拉伯芥，其花萼、花瓣、雄蕊與果實從開花到凋零都不會脫落下來，形成另一種“花果并存”的奇觀，相關技術若運用在其他觀賞用植物如櫻花、玫瑰花上，將有助于增加花的可看性、延長賞花期，讓每一年的花季不再來去匆匆、稍縱即逝。

“基因剔除術”其實沒那么神秘

不少人都親眼看過楓葉或花朵從樹上落下的景象，但多數人卻不知道植物是如何通過脫落作用來讓花兒落下。

對此，靳宗洛解釋，葉片或花朵之所以可以附著在樹枝上不掉落，主要是因為植物葉柄、花柄及果柄基部的離層細胞有點名堂，它們彼此的細胞壁與細胞壁之間具有中膠層。對植物來說，中膠層就如同是膠水一般，可以將花朵、葉片牢牢地黏在植物身上，因此我們才可在花期看到繽紛綻放的各式花朵。

但如果植物進入季節轉換或另一個生命周期時，植物就會開始通過HAESA等來調節花朵或葉片的脫落作用，通過植物離層細胞所產生的水解性酵素，來促使細胞壁與細胞壁間的中膠層水解，讓花兒或葉片可以順利從花柄、葉柄上自然落下，導致花謝葉落的現象產生。

而通過基因剔除術的作用，則可以阻斷脫落作用的進行，讓花兒不落下。靳宗洛表示，所謂的基因剔除，并不是真把植物中的某個基因取出來扔掉，而是利用了一種很常見的細菌——農桿菌。農桿菌是一種普遍存在于土壤中的細菌，它能在天然條件下感染植物的受傷部位，并誘導植物產生腫瘤。而它讓植物誘發腫瘤的原因就是，它能將自身的一段DNA轉移到植物中去。這段可轉移的DNA稱為T-DNA，“T”是英文單詞transfer（意為“轉移”）的首字母。因此，農桿菌是一種天然的能轉基因的生物，被譽為“自然界最小的遺傳工程師”。靳宗洛就是利用了農桿菌的T-DNA，當這段DNA進入植物細胞核后，剛好插入HAESA基因中，使這個基因失去功能不再發生作用，因而順利達到葉片不掉、花兒不落的效果。