鄭石通 教授兼任生科院院長

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專 長: 植物逆境生理學、植物分子生物、微小核酸調控
學歷: 美國伊利諾大學生化所博士
研究室: 生命科學館1018室

近年研究主題

甘藷傷害誘導基因的分離和性質測定
水稻中 H
2O2 調控之 miRNA 和其目標基因之功能

研究室簡介

zong yan liu
​劉宗晏

我們主要是以分子生物為工具去研究細胞中的基因表現和訊息傳導。近年來的研究主題為:

  • 甘藷傷害誘導基因的分離和性質測定
    在自然環境中,因為植物不具自由活動的能力,所以在面對眾多攝食者或微生物的侵害時,其本身自我防禦機制則扮演相當重要的抵抗和保護角色。為了釐清植物防禦系統的作用機制及探討此機制可能參與的角色與功能為何, 因此本實驗室主要研究參與在植物防禦機制的基因功能,和防禦基因被誘導的訊息傳遞過程。本實驗室已經由甘藷傷害誘導的 subtraction library 和differential display 中,篩選出數個傷害誘導 cDNA 片段,並研究傷害基因所產生和誘導蛋白質的功能,和這些蛋白質在植物防禦機制上的角色。

(a)    甘藷防禦性胜肽賀爾蒙

植物的防禦性胜肽賀爾蒙前驅蛋白質主要在生成後被送到細胞壁,待植物受到刺激時,前驅蛋白質迅速被剪切成有功能的短鏈胜肽分子,與細胞質上的受體結合,啟動一連串的植物防禦反應。本實驗室希望確立hydroxyproline-rich glycopeptide systemins (HypSys peptides)此一短鏈胜肽分子的生物功能,而目前在甘藷台農 57 號(Ipomoea batatas cv. Tainung 57)中已經證實  HypSys  基因的存在,並且在植株受到機械傷害處理時其表現量會受到誘導,且使 Jasmonate 累積量上升,而 Jasmonate 在傷害訊息途徑中扮演重要的二次訊息角色。由此可以推斷 HypSys peptides 也許在甘藷面對傷害訊息上扮演重要角色。實驗室目前已建立 IbpreproHypSys 大量表現之甘藷轉殖植株,往後將透過 Transcriptome 的資料分析找出野生型甘藷與轉殖株之間表達差異的基因,藉此瞭解完整的 HypSys peptides 調控網絡。

(b)    甘藷中受到傷害逆境調控之 miRNAs
小分子核醣核酸(miRNAs)是扮演著基因表現調節者的重要角色,參與植物生長、發育、和逆境防禦反應。miRNA 已被證實可以藉由對其目標基因進行靜默作用來調控各種生理反應,然而目前對於植物受傷調控miRNA 的研究仍是有限。因此本研究使用次世代高通量小分子 RNA  定序,建立了甘藷受傷害逆境時的 small RNA 資料庫;同時也以新基因定序建立了甘藷的轉錄組資料庫。利用生物資訊分析平台進行比對分析,大規模篩選出甘藷中被傷害逆境所調控的 miRNAs 及其前驅物 (miRNA precursors) 和其相對應之目標基因。經過基因表現量分析以及目標基因剪切點分析驗證之後,進一步建構可以大量表現 miRNA 或是會抑制 miRNA 作用的甘藷轉殖植株來分析 miRNA 和其目標基因對於植物生長和發育的影響,進而了解 miRNA 在甘藷中所扮演的角色以及甘藷傷害後特有的防禦機制。

 

  • 水稻過氧化氫調節之 miRNA及small RNA
    隨著全球氣候變遷,極端天氣的出現越來越頻繁,對於作物如何抵禦逆境下自然成為現今相當重要的課題。活性氧化物(ROS)為植物代謝產生的副產物同時也是植物體內訊息傳遞物質的一種,有許多研究指出外在的環境氣候改變而產生的逆境(包括乾旱、鹽害、寒害、熱休克、病源菌攻擊及光害等逆境)會造成植物體內的 ROS 的含量產生變化。過氧化氫為 ROS 的一種,適量(0.5 µM)的過氧化氫對於植物細胞裡是無害的,但是若是極端氣候變化導致過氧化氫過量的產生,則會造成植物細胞死亡,因此仰賴植物體內的對於氧化逆境的調控。我們研究希望藉由篩選水稻中受過氧化氫調節的 miRNA,進一步研究其目標基因以及下游調控基因的功能,期許能應用在探討植物對逆境的調適作用之可能性。

(a)    受H2O2影響之miRNA及其目標基因
本實驗利用在中央研究院植物暨微生物生物學研究所DNA微矩陣核心實驗室完成水稻小核醣核酸定序資料庫製備工作,以Illumina NextSeq 500與HiSeq 2500定序平台完成資料蒐集,並以生物資訊學方法篩選在H
2O2處理下具差異性表現的miRNA。另外與陽明大學榮陽基因體研究中心定序核心設施劉孜孜博士合作,製作水稻降解組,並使用Illumina HiSeq 2000系統進行降解組定序,用以生物資訊學方法與小核醣核酸定序資料庫相互比對,找出大量具差異性表現之miRNA的目標基因,並設計實驗來驗證結果及剪切位置。之後再確認目標基因性質及其功能。

(b)    受H2O2影響之tRNA-derived small RNA
近年研究發現,非編碼小核糖核酸中有一部分衍生自tRNA,且此類小核醣核酸並非tRNA隨機切割後的副產物,而在人體中具有基因調控功能。而在分析上述水稻小核醣核酸定序資料庫時亦發現在H
2O2處理之下,tsRNA (tRNA-derived small RNA)之讀值有增加傾向,顯示tsRNA可能受到氧化逆境誘導。目前對於tsRNA之研究大多著重於動物以及人類細胞,在植物細胞中則少有研究。tsRNA之典型轉錄後調控功能中包含與目標mRNA結合並將其剪切,與miRNA功能類似。而由於目前研究對於此機制的細節仍不清楚,尚無法如同miRNA般建立快速可靠之目標基因預測系統。本實驗使用兩種已在miRNA目標基因預測中被廣泛使用的程式:psRNATarget及bowtie,調整其參數中的不匹配鹼基容許值尋找目標基因,並配合H2O2處理降解組資料分析。後續將在植物體中以qPCR、農桿菌浸潤分析等方法驗證所選之tsRNA與潛在目標基因在H2O2處理下的關聯,研究tsRNA在氧化逆境下之反應。
 

代表著作

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  2. Lin, H.H., King Y.C., Li, Y.C., Lin, C.C., Chen, Y.C., Lin, J.S., Jeng, S.T.* (2019). The p38-like MAP kinase modulated H2O2 accumulation in wounding signaling pathways of sweet potato. Plant Sci.

  3. Kuo, Y.W., J.-S. Lin, Y.-C. Li, M.-Y. Jhu, Y.-C. King and S.-T. Jeng. (2018). MicroR408 regulates defense response in sweet potato upon wounding. JExB: ery381-ery381.

  4. Jeng-Shane Lin, Chia-Chia Kuo, I-Chu Yang, Wei-An Tsai, Yu-Hsing Shen, Chih-Ching Lin, Yi-Chen Liang, Yu-Chi Li, Yun-Wei Kuo, Yu-Chi King, Hsi-Mei Lai, Jeng, S.-T. * (2018) MicroRNA160 Modulates Plant Development and Heat Shock Protein Gene Expression to Mediate Heat Tolerance in Arabidopsis​. Front. Plant Sci.

  5. Li, Y.-C., Wan, W.-L., Lin, J.-S., Kuo, Y.-W., King, Y.-C., Chen, Y.-C., Jeng, S.-T. *  (2016)  Signal transduction and regulation of IbpreproHypSys in sweet potato. Plant Cell Environ.

  6. Wang, H.-M., To, K.-Y., Lai, H.-M., Jeng, S.-T. *  (2015)  Modification of flower color by suppressing β-ring carotene hydroxylase genes in Oncidium. Plant Biology.

  7. Kuo, T. C.-Y., Chen, C.-H., Chen, S.-H., Lu, I.-H., Huang, L.-C., Lin, C.-Y., Chen, C.-Y., Lo, H.-F., Jeng, S.-T., Chen, L.-F. O. * (2015)  The Effect of Red Light and Far-Red Light Conditions on Secondary Metabolism in Agarwood. BMC Plant Biology 15, 139.

  8. Chen, C.-H., Kuo, T. C.-Y., Yang, M.-H., Chien, T.-Y., Chu, M.-., Huang, L.-C., Chen,C.-Y., Lo, H.-F., Jeng, S.-T., Chen, L.-F. O. *  (2014)  Identification of cucurbitacins and assembly of a draft genome for Aquilaria agallocha. BMC Genomics 15, 578.

  9. Lin, J.-S., Lin, H.-H., Li, Y.-C., King, Y.-C., Sung, R.-J., Kuo, Y.-W., Lin, C.-C., Shen, Y.-H., Jeng, S.-T. * (2014) Carbon monoxide regulates the expression of a wound-inducible gene Ipomoelin through antioxidation and IbMAPK phosphorylation in sweet potato. Journal of Experimental Botany 65, 5279-5290.

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  21. Jih, P-J, Chen, Y-C and Jeng, S.-T. (2003) Involvement of Hydrogen Peroxide and Nitric Oxide in Expression of the Ipomoelin Gene from Sweet Potato. Plant Physiology 132, 1-9.

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開設課程

Zong Yan Liu
  • 分子生物學

  • 生物學

  • 生物化學

  • 細胞生物學

  • 生物技術核心實驗

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