極端氣候下植物如何耐高溫？中大研究團隊揭關鍵調控機制

記者李其芳/桃園報導

全球暖化持續加劇，植物如何感知並啟動防禦機制？國立中央大學生命科學系吳少傑教授和吳家榮博士研究團隊，首次發現植物核內 E3 泛素連接酶 PUB49 與耐熱蛋白 HIT4 協同作用，透過調控染色質結構重塑，成功揭開植物耐熱反應背後的重要關鍵機制，研究成果刊登於植物科學國際期刊《Journal of Experimental Botany》。

吳少傑教授表示，過去植物耐熱研究大多聚焦於熱休克蛋白（Heat Shock Proteins），探討細胞如何保護蛋白質避免因高溫而變性。研究團隊以「大膽嘗試、小心求證」的研究精神，使用超過十萬顆阿拉伯芥種子，透過前向式遺傳學策略，從大量突變株中篩選耐熱異常個體，再進一步找出控制耐熱的重要基因，進而發現這項未知的重要調控機制。

研究最大的創新突破，在於發現 PUB49 不僅是植物耐熱路徑中的新成員，更是全球首次被證明參與「熱誘導染色質重塑」的核內 U-box 型 E3 泛素連接酶。過去學界普遍認為泛素化作用主要負責蛋白質降解與品質控制，雖已知部分 E3 酵素參與植物逆境反應，但從未有人證實其能直接介入染色質高階結構的重組調控。本研究首度建立「泛素化調控－染色質重塑－耐熱能力」三者之間的重要連結，為植物逆境生物學開啟全新研究方向。

研究顯示，在正常溫度下，HIT4 與 PUB49 會聚集於細胞核內稱為「染色質中心」的異染色質區域；當植物遭受高溫刺激時，兩者會協同促使染色質中心鬆散化，隨後同步移動至核仁，藉此讓耐熱基因得以被活化。若缺少 PUB49 或 HIT4 功能，這項重組過程便無法完整進行，植物對高溫的耐受能力也大幅下降。

為進一步確認 PUB49 的作用機制，研究團隊利用 CRISPR/Cas9 基因編輯技術建立 PUB49 缺失突變株。結果發現，突變植株在常溫下能正常生長發育，與野生型無異，但在 37°C 高溫環境下，PUB49 缺失突變株則無法與野生型一樣存活，呈現與 HIT4 突變株相同的熱敏感性狀，高溫誘導的染色質結構重塑也同樣受到影響。這項結果指出，植物細胞利用泛素化訊號調控染色質結構變化，進而提升高溫適應能力。

吳教授指出，隨著全球氣候變遷，高溫已成為影響糧食安全的重要環境因子。本研究發現植物還存在另一套位於細胞核深處、透過染色質重塑來調控耐熱性的機制。這項發現不僅深化科學界對植物熱逆境調控網絡的理解，也為未來培育或開發耐高溫作物提供新的分子標的，有助於提升農業生產韌性，因應全球氣候變遷帶來的全新挑戰。