謝明勳老師於美國紐約大學Gloria M. Coruzzi實驗室就讀博士期間，曾從事阿拉伯芥PII蛋白、麩胺酸接受器與天門冬醯胺合成酶等相關的研究。謝老師於哈佛醫學院/麻省總醫院Howard M. Goodman實驗室博士後研究期間，發現了阿拉伯芥的ACT domain repeat (ACR)與heptahelical transmembrane protein (HHP) 蛋白家族，並研究與methylerythritol phosphate pathway有關的基因與白化突變株。謝老師在中研院植微所的實驗室先後致力於研究葉綠體與粒線體RNA代謝、維生素B1合成途徑、與麩醯胺酸/麩胺酸的訊息傳導。

一、阿拉伯芥麩醯胺酸／麩胺酸的訊息傳導

麩醯胺酸 (Gln) 與麩胺酸 (Glu) 是植物將無機氮同化成有機氮的最初產物，植物細胞內所有含氮有機化合物，包括胺基酸、核酸、蛋白質、葡萄醣胺等的氮源，幾乎都源自Gln與Glu。除了營養與代謝，植物也可以利用Gln與Glu做為訊息分子。我們最近的研究發現，以Gln或Glu做為唯一氮源時，除了可以幫助植物生長與發育，同時也會誘導一些防禦基因的表現。因此，我們提出了一個假說「細胞外的Gln與Glu是營養氮源，也是一種“危險訊號”」。本實驗室目前專注於研究Gln與Glu的訊息傳導，探討這兩種胺基酸在植物生長與防禦作用上的分子機制（圖一）。

圖一、麩醯胺酸(Gln)與麩胺酸(Glu)對植物生長與防禦作用之影響。

我們先前的研究發現了一群具有二或四個ACT domain的ACR蛋白質，阿拉伯芥有十二個ACR蛋白質，其功能大多未知。目前已知ACR11可以調控葉綠體內麩醯胺合成酶 (GS2) 與麩胺合成酶 (Fd-GOGAT1)的活性，我們將進一步研究ACR11的功能及其調控GS2/Fd-GOGAT1的作用機制（圖一）。另外，為了研究Gln與Glu是如何影響植物的“生長與防禦”，我們篩選出了一系列在以Gln或Glu為氮源時，生長發育會受到顯著影響的阿拉伯芥突變株（圖二）。我們將進一步找出造成這些突變的基因，研究他們的功能，深入探討這些基因在Gln/Glu的代謝與訊息傳導中所扮演的角色。

圖二、以Gln或Glu為氮源時，生長發育會受到顯著影響的阿拉伯芥突變株。

二、水稻麩醯胺酸／麩胺酸的訊息傳導

除了雙子葉的阿拉伯芥，我們以單子葉的水稻為材料，找到了一些會受到Gln或Glu快速且強烈誘導的基因。為了研究這些基因的功能，我們以基因編輯(CRISPR)的技術，製備了一系列的水稻突變株（圖三），我們將利用這些突變株來研究水稻基因的功能，探討Gln與Glu誘導基因表現的分子機制。結合阿拉伯芥與水稻的研究，我們希望能逐步瞭解Gln與Glu是如何影響植物的生長與防禦。

圖三、水稻OsNRG1基因編輯的突變株，其生長狀況不如野生型。