植物分子生物暨病毒實驗室 | 臺灣大學生物科技研究所

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圖片
類別	研究實驗室
主題	植物分子生物暨病毒實驗室
電話
位置	生物科技研究所411室
參與教授	林詩舜
設備
研究目標	微生物與植物之間充滿各式各樣的交互關係。會造成植物生病的微生物，我們稱之為植物病原菌。反之，促進植物生長或提高病害抵抗力的微生物，我們稱之為益生菌。我們實驗室感興趣的研究主題之一是研究病原菌或益生菌與植物彼此之間的交互作用機制。運用 (1) 大數據生物資訊學分析、(2) 微生物學、(3) 生物技術、(4) 分子生物學等研究，探討微生物與寄主間交互作用，了解其致病或抗病原理，開發創新生物製劑或生物農藥，運用於促進植物生長或植物病害防治等生物科技研究。實驗室研究主題 (1) 大數據生物資訊學分析本實驗室利用次世代基因定序技術 (next-generation sequencing; NGS) 進行微生物與植物基因體研究。利用台大與國家高速電腦與網路中心的超級電腦進行大數據生物資訊分析，了解微生物與植物之間基因交互作用的網絡關係，探究可能引發的抗病或致病機制。以植物菌質體 (phytoplasma) 感染作物後誘導植物花器葉化為例，透過大數據分析，建立了植物菌質體造成花器葉化的機制，其中意外發現菌質體會促進植物大量表現抗癌化合物 (vinblastine)。因此，我們正利用大數據及生物技術方法，找尋病原菌可刺激提升作物抗癌化合物的基因與生合成途徑，運用於新藥開發 (Fig. 1A)。除此之外，我們也針對重要微生物及作物進行基因體定序研究，促進特有物種深度開發。以耐鹽菌基因體為例，我們實驗室與園藝系徐源泰教授合作，利用 NGS 技術解出台灣本土耐鹽菌全基因體 (Fig. 1B)，並找出可能參與耐鹽的重要基因，將運用於高鹽環境下生物技術之運用。 (2) 微生物製劑之開發我們分析木黴菌 (Trichoderma spp.) 基因體，找出可誘導植物抗性的關鍵基因 Epl1 (Fig. 1C)。利用生物技術成功的表現與純化 Epl1 蛋白，並利用 Epl1 刺激植物針對細菌性、真菌性及病毒性抗性。此外，我們也利用 NGS 技術針對 Epl1 誘導植物抗性機制深入研究，並改良及優化 Epl1 蛋白特性，開發具商業競爭性的生物製劑，運用於植物病害防治 (Fig. 1D)。 (3) 植物代謝體研究代謝體是生物基因表現後的最終產物，因此我們除了利用 NGS 了解基因網絡作用，我們也分析代謝體變化，以了解真正生物體內的代謝反應。例如調控蝴蝶蘭花色變化或是菌質體刺激植物生產抗癌化合物 vinblastine (Fig. 1E & F)。利用生物技術改良植物體內基因調控，提升有價值的生物性狀是本研究的主軸之一。 (4) 病原菌效應蛋白調控植物基因靜默機制及微型核酸之研究本研究是研究菌質體 PHYL1 效應蛋白及馬鈴薯 Y 群病毒 P1/HC-Pro 抑制子如何調控植物基因靜默機制。PHLY1 會抑制植物微型核酸 miR396 表現，導致 miR396 無法調控植物 SVP 基因表現。SVP 基因是植物開花重要的負調控基因，如果 SVP 無法受 miR396 調控，是導致植物花器葉化重要關鍵之一 (Fig. 1G)。病毒 P1/HC-Pro 抑制子，會抑制植物微型核酸調控機制，導致病毒感染後造成植物產生病徵的關鍵因素之一 (Fig. 1H)。透過改造病毒 P1/HC-Pro 基因方式，可產生弱系病毒。此弱系病毒失去誘導病徵的能力，並且可以刺激植物產生病毒抗性，俗稱植物交互保護。我們實驗室除了研究交互保護機制之外，我們也深入研究 P1/HC-Pro 如何抑制植物微型核酸機制。並且將其弱系病毒開發為病毒表現載體，進行生物技術開發。 (5) 蛋白重組工程、蛋白結構解析與生化活性研究本研究室專精於各樣植物與病原菌蛋白構築與純化。透過各式蛋白表現系統大量生產高純度重組蛋白，供蛋白結晶、X 光繞射、及生化分析之用。這些純化之蛋白可應用於酵素工程、生物農藥及蛋白新藥等開發 (Fig. 1I)。本實驗室之國際合作 (1) 國際地錢植物基因體研究本實驗室參與國際地錢植物 (Marchantia polymorpha) 基因體研究 (Fig. 1J)，協助鑑定地錢植物微型核酸 (microRNA; miRNA) 基因研究。我們實驗室利用 NGS 策略，找出 129 個新的地錢微型核酸基因 (Fig. 1K)，並刊登於 Plant Cell and Physiology (2016) 57: 339-358。此外，我們參與地錢植物基因體註解工作，與國際一百多位科學家共同發地錢染色體論文。 (2) 國際夥伴與交流我們有許多的國際合作夥伴，並且長期與我們交流互訪。本實驗室學生也都有機會前往各個不同夥伴實驗室進行短期研究與學習。植物病毒研究合作夥伴：北海道大學 Dr. Kenji Nakahara；西班牙瓦倫西亞大學 Dr. Santiago F. Elena 及 Dr. Jose-Antonio Daros；英國劍橋大學 Dr. John Carr。基因靜默研究夥伴：法國 INRA 的 Dr. Herve Vaucheret；日本 JST 的 Dr. Manabu Yoshikawa。地錢研究合作夥伴：日本京都大學 Takayuki Kohchi；神戶大學 Dr. Kimitsune Ishizaki；近畿大學 Dr. Yamato Katsuyuki；澳洲 Monash University Dr. John Bowman；墨西哥 Universidad Veracruzana 的 Dr. Mario A. Arteaga-Vazquez；德國 Osnabruck 大學 Dr. Sabine Zachgo。
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