植科所吳克強教授組蛋白去乙醯化酵素 調控植物葉片發育及光和作用研究榮登《PLoS Genetics》及《The Plant Cell》

表觀遺傳學(Epigenetics)是指未經過DNA序列改變所引起的可遺傳的基因表達暨遺傳性狀的改變。表觀遺傳的分子機制包括DNA的甲基化，組蛋白的修飾以及染色質的重塑 (Chromatin remodeling)等。

植科所吳克強教授實驗室主要是以模式植物阿拉伯芥(Arabidopsis)為研究對象，探討植物組蛋白去乙醯化酵素HDACs(Histone Deacetylases)參與調控植物生長發育的分子機制。組蛋白去乙醯化酵素是能將染色質的組蛋白賴氨酸(Lysine)上ε-N-乙醯基（O=C-CH3）水解，使得染色質的結構更加緊密，抑制基因表現。

醫學研究發現組蛋白去乙醯化酵素和癌症有很大關聯性，因此學者在研究組蛋白去乙醯化酵素的抑制劑，期望能達到抑制癌症的效果。最近吳克強教授實驗室的研究發現植物組蛋白去乙醯化酵素HDA6會影響葉片發育，而組蛋白去乙醯化酵素HDA15則會影響葉綠素生合成以及光合作用，研究成果發表在國際著名期刊《PLoS Genetics》及《The Plant Cell》上，影響因子(Impact factor)分別為8.517以及9.251。

在不同植物中，葉片的型態外觀都不盡相同，先前研究發現ASYMMETRIC LEAVES1 (AS1)及AS2蛋白會藉由調控KNOX 基因家族影響葉片發育，但是其相關分子機制目前仍不清楚。吳克強教授實驗室研究植物組蛋白去乙醯化酵素對植物生長發育之調控多年，最近發現組蛋白去乙醯化酵素HDA6的突變株葉片邊緣會產生捲曲和鋸齒的性狀，且KNOX 基因表現量明顯增加。

進一步透過雙螢光互補(BiFC)和免疫共沉澱(Co-IP)等技術分析顯示，AS1及AS2蛋白可以與HDA6蛋白相互作用形成蛋白質複合體，調節KNOX家族基因的表達，造成植物葉片分化改變。這些結果顯示植物葉片的發育受到表觀遺傳的調控，產生各種不同型態的葉片外觀。

光是植物生長環境中相當重要的因子之一。植物可以透過不同光敏素的光接受體來感受自然環境中光的波長、強度、方向和光週期，調控從種子萌發到開花結果的整個植物生長發育。目前已知光敏素會和轉錄因子─光敏素結合因子PIFs (Phytochrome Interating Factors) 結合，影響下游基因表現，調節包括葉綠素生合成以及光合作用，然而詳細的機制並不清楚。吳教授實驗室發現組蛋白去乙醯化酵素HDA15可以和光敏素結合因子其中之一的PIF3結合，調控下游基因表現。在黑暗情況下，PIF3會結合在其調控的基因啟動子，並和HDA15結合，透過HDA15的去乙醯化作用將該基因染色質上的乙醯基移除，抑制該基因表現。光照後，光敏素會進入細胞核和PIF3結合，促使PIF3快速被蛋白酶體分解，同時HDA15也會離開該基因，進而促進基因表現活化，包括葉綠素生合成以及光合作用。

研究成果揭示了植物葉片發育、葉綠素生合成以及光合作用的表觀遺傳分子機制。在未來，影響植物葉片的外觀可應用在園藝景觀造景的部分，創造出人們期望的植物外型，提升園藝應用的經濟價值。而影響植物的葉綠素生合成以及光合作用也可能提高農作物的產率，屆時對於全球的糧食危機也能有所改善。