[吳素幸] 揭露阿拉伯芥生理時鐘黎明基因的活化機制

生物的生理、生化反應會隨著日夜輪替而有24小時的週期變化,這樣的週期變化由生物體內的「生物時鐘(circadian clock)」所控制。植物無法遷徙,在面對多變的環境條件時,生物時鐘能維持生理途徑的規律運作,避免生理功能在遭遇非預期的短暫變化後紊亂,同時也讓植物在適切的季節開花、結果,完成世代交替的任務。生物時鐘由一群互相連動回饋調控的基因所組成,每一個基因的表現皆受到其他基因的抑制或活化,在一天特定的時間表現達到高峰。目前已知阿拉伯芥生物時鐘中的基因表現絕大部分受到抑制調控,鮮少有基因被證實在其中扮演活化者的角色。CCA1 為植物生物時鐘中最早被找到的核心基因之一,在清晨時表現量最高,開啟生物時鐘的運作,長久的研究以來卻只發現負向調控 CCA1 的抑制者,對於如何在清晨活化CCA1的表現仍然不清楚。本所吳素幸研究員實驗室發現模式植物阿拉伯芥在缺失生物時鐘基因LWD1以及LWD2時,多個時鐘基因的表現會大幅減弱,顯示LWDs為植物生物時鐘中罕見的活化者。藉由與化學所許昭萍研究員實驗室合作的數學模擬也指向LWD1確實可能扮演活化CCA1的角色,研究結果也證實LWD1主要透過與轉錄因子TCP20/TCP22 形成蛋白質複合體,直接結合於黎明時最早表現的核心基因CCA1啟動子上,活化其基因的表現 (Nature Communications 7:13181)。此項研究揭露了植物如何利用基因表現的調控,在曙光乍現時能確保生物時鐘的正常運行,為生物時鐘在黎明時的調控機制引入基因活化的新概念。