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趙光裕 (Jauh, Guang-Yuh)

研究員
副所長

  • Ph. D. Department of Botany and Plant Sciences, University of California, Riverside.
  • +886-2-2787-1024(Lab)
  • +886-2-2787-1156(Office)
  • jauh@gate.sinica.edu.tw
  • 探究參與花粉管生長及後續受精的胚胎與種子發育基因的功能

     種子是許多高等植物生命起始器官及許多作為食物作物主要來源。研究參與胚胎發育及後續的種子發育與萌發的基因功能,不僅可作為探究植物整體發育過程分子調控機制之研究材料,更可對種子產量與品質的增進提供重要依據。我們利用擬南芥T-DNA突變植株進行全基因組的正向遺傳學選殖,獲得超12個參與胚胎與種子發育的重要基因(我們稱之為NHP基因)。過去幾年期間我們利用分子生物學、細胞生物學、遺傳學及生物化學等工具對一些特殊且尚未研究的NHP基因進行功能性探究。

     依其蛋白質功能可將這些NHP基因約略分為:參與RNA代謝:例如NHP36與

NHP44分別是是位於粒線體內的mTERF15 及PPME (P-type PPR-Modulating Editing) 蛋白質 。mTERF15 蛋白質經由調控擬南芥粒線體內nad2基因第三個內含子的剪切 (Hsu et al., 2014);而PPME蛋白質參與粒線體內nad1 RNA序列編輯作用(Leu et al., 2016)。當這兩個基因發生突變則會顯著地影響粒線體呼吸作用中complex I 的功能,進而造成植物生長遲緩甚至死亡。NHP148 則是植物SAS10/C1D family蛋白質並具有參與核醣體RNA生合成必要的轉錄與加工之雙重功能,並進而影響核仁結構與植物胚胎發育(Chen et al., 2016)。其他的NHP蛋白質則參與特別細胞作用,例如NHP78屬於ESCRT中第二複合體的VPS36,該蛋白質具有與泛素結合的能力,並且會與其他ESCRT第二複合體的蛋白VSP22以及VPS25結合(Wang et al., 2017),進而影響對於endosomal sorting pathway的正常運作及後續液泡的形成。 目前,仍有數個NHP基因進行後續研究,初步實驗證實他們都參與非常獨特的分子細胞學機制進而調控花的發育(NHP25)、胚胎的發育(NHP248)及種子的萌發(NHP231)。

     花粉是高等植物雄配子體,落於雌蕊柱頭會產生花粉管以將其內雄配子(精細胞)送至雌蕊胚珠,分別與其內的卵與中央細胞結合完成雙重受精。對花粉管內基因的功能性研究將有助於了解花粉管於雌蕊體內生長、引導及完成雙重受精等過程。但花粉管深埋于雌蕊內,如何獲得研究材料是導致此領域相關研究無法突破的主因。為了克服此困境,我們成功地在擬南芥中利用花粉專一表現驅動子進行基因轉殖並成功地自花粉管內專一表現

polysomes,將其上mRNAs純化進行相關基因體學研究,成功獲得花粉管經授粉作用誘導表大量的500多個transcripts (Lin et al., 2014)。進一步實驗證實這些基因表現可由授粉作用所誘導,且數個擬南芥相對應基因突變株研究顯示這些基因受損時會造成受精作用的缺失。進一步利用遺傳學、轉基因植物與細胞學等策略,分別自鐵砲百合與擬南芥選擇數個花粉管經授粉誘導表現且可能參與訊息傳導的目標基因,探究它們於授粉及雙重受精過程中可能功用及相關分子作用機制。例如,SMALL AUXIN UP RNA 62及75 (SAUR62 和 SAUR75) 蛋白質位於花粉管內的細胞核,同質結合突變株 saur62/-saur75/- 和 SAUR62/75 RNAi 轉殖株的果莢內有許多不孕的種子,這是由於他們花粉管生長是有缺陷並且花粉管尖端呈現分支的型態所致。進一步研究發現核醣體蛋白質 RPL12 家族(RPL12A, B, C)是 SAUR62 和SAUR75 交互作用的蛋白質,多聚核醣體圖譜實驗顯示saur62saur75rpl12c RNAi 植株所收集花朵中80S核醣體減少且著要源自於花柱內生長花粉管,推測 SAUR62 和 SAUR75 參與花粉管生長時期體內核醣體的組裝。我們通過 iTRAQ 分析野生型與 RNAi 植株的花朵內總蛋白質組成的變化,結果顯示參與花粉管壁生成和肌動蛋白骨架的蛋白質表現量顯著降低,而這些蛋白質為花粉管生長維持其管壁的彈性扮演重要角色。我們的研究結果證實 SAUR62/75 及其交互作用蛋白質 RPL12 家族成員,在花粉管生長過程中期內的核醣體組裝扮演重要角色,進而影響花粉管的生長和隨後的授精作用是至關重要 (He et al., 2018)。

All publication list

Selected publication list

  • He SL, Hsieh HL, Jauh GY* (2018) Mutation of Arabidopsis SAURsimpairs the efficient translation of transcripts essential for pollen tube growth. Plant Physiology (in press)
  • Hsu Y-W, Jauh GY* (2017). VPS36-Mediated Plasma Membrane Protein Turnover is Critical for Arabidopsis Root Gravitropism. Plant Signal Behav. doi10.1080/15592324. 2017.1307495
  • Huei-Jing Wang, Ya-Wen Hsu, Cian-Ling Guo, Wann-Neng Jane, Hao Wang, Liwen Jiang and Jauh GY* (2017). VPS36-dependent Multivesicular Bodies are Critical for Plasmamembrane Protein Turnover and Vacuolar Biogenesis. Plant Physiology 173: 566-581.
  • Chen YJC, Wang HJ, Jauh GY* (2016). Dual role of a SAS10/C1D family Protein in ribosomal RNA gene expression and processing is essential for reproduction in Arabidopsis thaliana. PLoS Genet 12(10): e1006408.
  • Leu KC, Hsieh MH, Wang HJ, Hsieh HL, Jauh GY* (2016). Distinct role for the Arabidopsis mitochondrial P-type pentatricopeptide repeat protein modulating editing protein, PPME, in nad1 RNA editing. RNA Biology 3:593-604
  • Bolaños-Villegas P*, Jauh GY (2015) Reduced activity of Arabidopsis chromosome- cohesion regulator gene CTF7/ECO1 alters cytosine methylation status and retrotransposon expression. Plant Signaling & Behavior 10(5): e1013794.
  • Hsu YW, Wang HJ, Hsieh MH, Hsieh HL, Jauh GY* (2014) Arabidopsis mTERF15 is required for mitochondrial nad2 Intron 3 splicing and functional complex I activity. PLoS ONE. 9(11): e112360.
  • Lin SY, Chen PW, Chuang MH, Juntawong P, Bailey-Serres J, Jauh GY* (2014) Profiling of Translatomes of in Vivo-Grown Pollen Tubes Reveals Genes with Roles in Micropylar Guidance during Pollination in Arabidopsis. The Plant Cell. 26: 602-618 (highlighted in the “IN BRIEF” of the same issue).
  • Bolaños-Villegas P, Yang X, Wang HJ, Juan CT, Chuang MH, Makaroff CA, Jauh GY* (2013) Arabidopsis CHROMOSOME TRANSMISSION FIDELITY 7 (AtCTF7/ECO1) is required for DNA repair, mitosis and meiosis. Plant J. 75: 927-940.

博士後研究Postdoctoral Fellow

許雅雯 Ya-Wen Hsu

呂官杰 Kuan-Chieh Leu

鄢志仲 Chih-Chung Yen

何秀鑾 Siou-Luan He

研究助理Research Assistant

阮建達 Chien-Ta Juan

王鈞民 Chun-Min Wang

陳筱祥 Sheau-Shyang Chen

王湘琇 Shiang-Shiou Wang

田秋惠 Ciou-Huei Tian