植物分子生物暨病毒实验室 | 台湾大学生物科技研究所

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类别	研究实验室
主题	植物分子生物暨病毒实验室
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位置	生物科技研究所411室
参与教授	林诗舜
设备
研究目标	微生物与植物之间充满各式各样的交互关系。会造成植物生病的微生物，我们称之为植物病原菌。反之，促进植物生长或提高病害抵抗力的微生物，我们称之为益生菌。我们实验室感兴趣的研究主题之一是研究病原菌或益生菌与植物彼此之间的交互作用机制。运用 (1) 大数据生物资讯学分析、(2) 微生物学、(3) 生物技术、(4) 分子生物学等研究，探讨微生物与寄主间交互作用，了解其致病或抗病原理，开发创新生物制剂或生物农药，运用于促进植物生长或植物病害防治等生物科技研究。实验室研究主题 (1) 大数据生物资讯学分析本实验室利用次世代基因定序技术 (next-generation sequencing; NGS) 进行微生物与植物基因体研究。利用台大与国家高速电脑与网络中心的超级电脑进行大数据生物资讯分析，了解微生物与植物之间基因交互作用的网络关系，探究可能引发的抗病或致病机制。以植物菌质体 (phytoplasma) 感染作物后诱导植物花器叶化为例，透过大数据分析，建立了植物菌质体造成花器叶化的机制，其中意外发现菌质体会促进植物大量表现抗癌化合物 (vinblastine)。因此，我们正利用大数据及生物技术方法，找寻病原菌可刺激提升作物抗癌化合物的基因与生合成途径，运用于新药开发 (Fig. 1A)。除此之外，我们也针对重要微生物及作物进行基因体定序研究，促进特有物种深度开发。以耐盐菌基因体为例，我们实验室与园艺系徐源泰教授合作，利用 NGS 技术解出台湾本土耐盐菌全基因体 (Fig. 1B)，并找出可能参与耐盐的重要基因，将运用于高盐环境下生物技术之运用。 (2) 微生物制剂之开发我们分析木霉菌 (Trichoderma spp.) 基因体，找出可诱导植物抗性的关键基因 Epl1 (Fig. 1C)。利用生物技术成功的表现与纯化 Epl1 蛋白，并利用 Epl1 刺激植物针对细菌性、真菌性及病毒性抗性。此外，我们也利用 NGS 技术针对 Epl1 诱导植物抗性机制深入研究，并改良及优化 Epl1 蛋白特性，开发具商业竞争性的生物制剂，运用于植物病害防治 (Fig. 1D)。 (3) 植物代谢体研究代谢体是生物基因表现后的最终产物，因此我们除了利用 NGS 了解基因网络作用，我们也分析代谢体变化，以了解真正生物体内的代谢反应。例如调控蝴蝶兰花色变化或是菌质体刺激植物生产抗癌化合物 vinblastine (Fig. 1E & F)。利用生物技术改良植物体内基因调控，提升有价值的生物性状是本研究的主轴之一。 (4) 病原菌效应蛋白调控植物基因静默机制及微型核酸之研究本研究是研究菌质体 PHYL1 效应蛋白及马铃薯 Y 群病毒 P1/HC-Pro 抑制子如何调控植物基因静默机制。PHLY1 会抑制植物微型核酸 miR396 表现，导致 miR396 无法调控植物 SVP 基因表现。SVP 基因是植物开花重要的负调控基因，如果 SVP 无法受 miR396 调控，是导致植物花器叶化重要关键之一 (Fig. 1G)。病毒 P1/HC-Pro 抑制子，会抑制植物微型核酸调控机制，导致病毒感染后造成植物产生病征的关键因素之一 (Fig. 1H)。透过改造病毒 P1/HC-Pro 基因方式，可产生弱系病毒。此弱系病毒失去诱导病征的能力，并且可以刺激植物产生病毒抗性，俗称植物交互保护。我们实验室除了研究交互保护机制之外，我们也深入研究 P1/HC-Pro 如何抑制植物微型核酸机制。并且将其弱系病毒开发为病毒表现载体，进行生物技术开发。 (5) 蛋白重组工程、蛋白结构解析与生化活性研究本研究室专精于各样植物与病原菌蛋白构筑与纯化。透过各式蛋白表现系统大量生产高纯度重组蛋白，供蛋白结晶、X 光绕射、及生化分析之用。这些纯化之蛋白可应用于酵素工程、生物农药及蛋白新药等开发 (Fig. 1I)。本实验室之国际合作 (1) 国际地钱植物基因体研究本实验室参与国际地钱植物 (Marchantia polymorpha) 基因体研究 (Fig. 1J)，协助鑑定地钱植物微型核酸 (microRNA; miRNA) 基因研究。我们实验室利用 NGS 策略，找出 129 个新的地钱微型核酸基因 (Fig. 1K)，并刊登于 Plant Cell and Physiology (2016) 57: 339-358。此外，我们参与地钱植物基因体注解工作，与国际一百多位科学家共同发地钱染色体论文。 (2) 国际夥伴与交流我们有许多的国际合作夥伴，并且长期与我们交流互访。本实验室学生也都有机会前往各个不同夥伴实验室进行短期研究与学习。植物病毒研究合作夥伴：北海道大学 Dr. Kenji Nakahara；西班牙瓦伦西亚大学 Dr. Santiago F. Elena 及 Dr. Jose-Antonio Daros；英国剑桥大学 Dr. John Carr。基因静默研究夥伴：法国 INRA 的 Dr. Herve Vaucheret；日本 JST 的 Dr. Manabu Yoshikawa。地钱研究合作夥伴：日本京都大学 Takayuki Kohchi；神户大学 Dr. Kimitsune Ishizaki；近畿大学 Dr. Yamato Katsuyuki；澳洲 Monash University Dr. John Bowman；墨西哥 Universidad Veracruzana 的 Dr. Mario A. Arteaga-Vazquez；德国 Osnabruck 大学 Dr. Sabine Zachgo。
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