圖一、比起野生型，gasa4、fin219-2 與 gasa4fin219-2 具有對 GA 促進下胚軸延 長較敏感的外表型，而對 MeJA 抑制下胚軸延長則具有較不敏感的外表型
將各植株分別種植於含不同濃度的 GA3 (A)及不同濃度的 MeJA (B)上，在 9 μmol m-2 s-1遠紅光下生長三天後，測量植株之下胚軸長度。實驗皆經過三重複 (n=30)。(B、D)為(A、C)換算成抑制百分比後的結果 (*表示經 T-test 統計分析後 有顯著差異者，P≦0.05)。
A B
C D
35
A
B
C
36
圖二、在遠紅光下 GA 會促進下胚軸的延長，而 MeJA 則是在黑暗及遠紅光下 都會抑制下胚軸的延長。
將各植株分別種植在不添加、只含50 μM GA3、只含 50 μM MeJA 以及兩者 均添加的 0.3% GM 培養基，在黑暗(A)、弱遠紅光(B)及強遠紅光(C)下生長三天 後，測量植株之下胚軸長度。(弱遠紅光之光強度為 1 μmol m-2 s-1；強遠紅光為 10 μmol m-2 s-1) (cFR: continuous far-red light)
37
圖三、在遠紅光下 gasa4、fin219-2 與 gasa4fin219-2 具有對 GA 促進下胚軸長較 敏感的外表型，而無論是在黑暗或遠紅光下都對 MeJA 抑制下胚軸生長具有較 不敏感的外表型
處理條件同圖二。將各植株分別種植在不添加、只含50 μM GA3、只含 50 μM MeJA 以及兩者均添加的 0.3% GM 培養基，在黑暗(A、B)、弱遠紅光(C、D)及 強遠紅光(E、F)下生長三天後，測量植株之下胚軸長度。實驗皆經過三重複(n=30)。
(A、C、E)圖為長度統計圖；(B、D、F)圖為換算後之抑制百分比統計圖。(*表 示經 T-test 統計分析後有顯著差異者，P≦0.05)
A B
C D
E F
38
圖四、在黑暗及弱遠紅光下，gasa4、fin219-2 與 gasa4fin219-2 無法受到 MeJA 誘導而正常累積花青素
將各植株分別種植在不添加、只含 50 μM GA3、只含50 μM MeJA 以及兩者 均添加的 0.3% GM 培養基，在黑暗(A)、弱遠紅光(B)及強遠紅光(C)下生長三天 後，測量植株之花青素累積。實驗皆經過三重複(n=30)。(光強度分別為弱遠紅光 1 μmol m-2 s-1；強遠紅光 10 μmol m-2 s-1) (*表示經 T-test 統計分析後有顯著差異者，
P≦0.05) A
B
C
39
圖五、gasa4、fin219-2 與 gasa4fin219-2 均有對 JA 抑制根長較不敏感的外表型 將在 0.3% GM 培養基上生長七天的植株移至含不同濃度 MeJA (0、1、5、
10 μM)的 0.3% GM 培養基後，垂直培養於白光五天後，測量其根長長度，實驗 均經過三重複(n=15)。(A)圖為長度統計圖；(B)圖為在 MeJA 處理下的抑制百分 比統計圖；(C)圖為在不含 MeJA 及含 1 μM MeJA 培養基上生長的植株照片。 (*
表示經 T-test 統計分析後有顯著差異者，P≦0.05) A
B
C
40
圖六、在 PAC 處理下 fin219-2 及 gasa4fin219-2 均較野生型提早萌發
將 100 顆各突變株之種子播撒在 0.3%GM 及含有不同濃度 PAC (25、50、100、
250 μM)的 GM 培養基上，置於 4℃黑暗冷處理 3 天後，轉移至 22℃白光生長，
觀察種子發芽率。A 圖為各濃度在第二天的發芽率；B 圖為種子在 250 μM PAC 的 GM 培養基上第一到五天的發芽率。發芽率的算法為將已發芽的種子數除以 種子總數。PAC 為 GA 生合成抑制劑。
A
B
41
圖七、在 25 μM PAC 處理下 gasa4 突變株的葉綠素含量較野生型少，而 fin219-2 及 gasa4fin219-2 則較野生型多
處理條件同圖六。將各突變株之種子播撒在 0.3%GM 及含有不同濃度 PAC (25、50 μM)的 GM 培養基上，置於 4℃黑暗冷處理 3 天後，轉移至 22℃白光生 長 15 天後，觀察其葉綠素含量。圖 A 為第 15 天的生長情形；圖 B 則是測量第 15 天時植株的其葉綠素含量(n=30)。(*表示經 T-test 統計分析後有顯著差異者，
P≦0.05) A
B
42
B A
C
43
圖八、外加 50 μM MeJA 時，FIN219 會負調控 GASA4 的表現；而外加 50μM GA3時，GASA4 則會負調控 FIN219 的表現
將各植株分別種植在不添加、只含 50 μM GA3、只含50 μM MeJA 以及兩者 均添加的 0.3% GM 培養基，在黑暗(A)及遠紅光(B)下生長三天後，抽取其 RNA 作基因表現檢測(遠紅光強度為 10 μmol m-2 s-1)。每一列的數字代表該基因在不同 處理下的相對表現量(將 Mock 組中野生型 Col 的表現量設為 1)。圖(C)則是以 western blot 檢測相同處理條件時，在遠紅光下生長三天後植株中 GASA4 及 FIN219 的蛋白質表現量。Ponceau S 染色作為 loading control。
44
圖九、外加 50 μM MeJA 時，GASA4 會負調控 JA 生合成基因的表現，而 FIN219 則是正調控的作用
將各植株分別種植在不添加、只含 50 μM GA3、只含50 μM MeJA 以及兩者 均添加的 0.3% GM 培養基，在黑暗(A)及遠紅光(B)下生長三天後，抽取其 RNA 作基因表現檢測。每一列的數字代表該基因在不同處理下的相對表現量(將在 Mock 組中野生型 Col 的表現量設為 1)。在 50 μM MeJA 處理下的 gasa4 突變株 中 JA 生合成基因的表現都高於野生型，而 fin219-2 則是都低於野生型。
(A) Dark
B A
45
圖十、外加 GA3及 MeJA 時，GASA4 均會負調控 JA 訊息傳遞因子的表現 而 FIN219 則是正調控的作用
處理條件同圖八(A、B)。將各植株分別種植在不添加、只含 50 μM GA3、只 含50 μM MeJA 以及兩者均添加的 0.3% GM 培養基，在黑暗(A)及遠紅光(B)下生 長三天後，抽取其 RNA 作基因表現檢測。每一列的數字代表該基因在不同處理 下的相對表現量(將在 Mock 組中野生型 Col 的表現量設為 1)。無論是處理 GA 或 MeJA，gasa4 突變株中 JA 訊息傳遞因子的表現都高於野生型，而 fin219-2 則 是都低於野生型。
(A) Dark
B A
46
B A
47
圖十一、外加 MeJA 時，GASA4 會負調控 RGL3 及 SPY 的表現，而 FIN219 則 會正調控 RGL3 的表現
處理條件同圖八(A、B)。將各植株分別種植在不添加、只含 50 μM GA3及 只含50 μM MeJA 的 0.3% GM 培養基，在黑暗(A)及遠紅光(B)下生長三天後，抽 取其 RNA 作基因表現檢測。每一列的數字代表該基因在不同處理下的相對表現 量(將在 Mock 組中野生型 Col 的表現量設為 1)。在 MeJA 處理下，gasa4 突變株 中 RGL3 及 SPY 基因的表現都高於野生型，而 fin219-2 突變株中則是只有 RGL3 的表現會低於野生型。
48
圖十二、GASA4 及 FIN219 參與在吉貝素及茉莉酸訊息傳遞交互作用的可能模 式圖
49
圖十三、PSAK 及 NPQ4 大量表現轉殖株在紅外光照射下呈現較長下胚軸的外表 型
將 PSAK 及 NPQ4 轉殖株種植在 0.3% GM 培養基上，在黑暗及3~5 μm 紅外 光下生長四天後，測量各轉殖株之基因表現量及下胚軸長度。A 圖為檢測 PSAK 大量表現轉殖株中 PSAK 基因的表現量。B 圖為 PSAK 降低表現轉殖株中 PSAK 基因的表現量。C 圖為檢測 NPQ4 大量表現轉殖株中 NPQ4 基因的表現量。D 圖 為 NPQ4 降低表現轉殖株中 NPQ4 基因的表現量。E、F 圖為 PSAK 轉殖株在黑 暗及3~5 μm 紅外光下生長的下胚軸長度統計及照片。G、H 圖為 NPQ4 轉殖株 在黑暗及3~5 μm 紅外光下生長的下胚軸長度統計及照片。實驗皆經過三重複 (n=30)。
A B C D
E F
G H
50
圖十四、在 gasa4 突變株背景下的 PSAK 及 NPQ4 轉殖株會恢復成如同野生型的 外表型
將在 gasa4 突變株背景下的 PSAK 及 NPQ4 轉殖株種植在 0.3% GM 培養基 上，在黑暗及3~5 μm 紅外光下生長四天後，測量各轉殖株之基因表現量及下胚 軸長度。A 圖為檢測 PSAK 大量表現轉殖株中 PSAK 及 GASA4 基因的表現量。B 圖為檢測 NPQ4 大量表現轉殖株中 NPQ4 及 GASA4 基因的表現量。C 圖為 NPQ4 降低表現轉殖株中 NPQ4 及 GASA4 基因的表現量。D、E 圖為各轉殖株在黑暗及 3~5 μm 紅外光下生長的下胚軸長度統計及照片。實驗皆經過三重複(n=30)。
A B C
D
E
51
圖十五、紅外光能影響葉綠素的含量及促進 C4 植物 PEPC 基因的表現
將七天大的玉米幼苗或三周大的阿拉伯芥成株的葉片剪下，利用打洞機形成 葉圓體(leaf disc)並平舖在 0.3% GM 培養基上，經過黑暗或3~5 μm 紅外光照射五 天後，檢測葉綠素含量及 PEPC 基因表現。A 圖為玉米葉圓體經過黑暗或3~5 μm 紅外光照射五天後的葉綠素含量。(*表示經 T-test 統計分析後有顯著差異者，P
≦0.05) B 圖為阿拉伯芥葉圓體經過黑暗或3~5 μm 紅外光照射五天後的葉綠素含 量。C 圖為玉米葉圓體在黑暗或3~5 μm 紅外光照射五天後的照片。D 圖為玉米 葉圓體在黑暗或3~5 μm 紅外光照射五天後，利用 RT-PCR 檢測 PEPC 基因表現 量。α-tubulin 作為 loading control。實驗皆經過兩重複(n=6)。
A B
C D
52
參考文獻
Achard, P., and Genschik, P. (2009). Releasing the brakes of plant growth: How GAs shutdown DELLA proteins. J. Exp. Bot. 60: 1085-1092.
Alonso-Ramírez, A., Rodríguez, D., Reyes, D., Jiménez, J.A., Nicolás, G.,
López-Climent, M., Gómez-Cadenas, A., Nicolás, C. (2009). Evidence for a role of gibberellins in salicylic acid-modulated early plant responses to abiotic stress in Arabidopsis seeds. Plant Physiol. 150: 1335-44.
Aubert, D., Chevillard, M., Dorne, A.M., Arlaud, G., and Herzog, M. (1998).
Expression patterns of GASA genes in Arabidopsis thaliana: the GASA4 gene is up-regulated by gibberellins in meristematic regions. Plant Mol. Biol. 36: 871-883.
Block, A., Schmelz, E., Jones, J.B., and Klee, H.J. (2005). Coronatine and salicylic acid: the battle between Arabidopsis and Pseudomonas for phytohormone control.
Mol. Plant Pathol. 6: 79-83.
Chaerle, L., Van Der Straeten, D. (2000). Imaging techniques and the early detection of plant stress. Trends in Plant Sci. 5: 495-501.
Chen, I.C., Lee, S.C., Pan, S.M., and Hsieh, H.L. (2007a). GASA4, a
GA-stimulated gene, participates in light signaling in Arabidopsis. Plant Sci. 172:
1062-1071.
Chen, I.C., Huang, I.C., Liu, M.J., Wang, Z.G., Chung, S.S., and Hsieh, H.L.
(2007b). Glutathione S-transferase interacting with far-red insensitive 219 is involved in phytochrome A-mediated signaling in Arabidopsis. Plant Physiol. 143: 1189-1202.
Cheng, H., Qin, L., Lee, S., Fu, X., Richards, D.E., Cao, D., Luo, D., Harberd, N.P., Peng, J. (2004). Gibberellin regulates Arabidopsis floral development via suppression of DELLA protein function. Development 131: 1055-1064.
Chini, A., Fonseca, S., Fernandez, G., Adie, B., Chico, J.M., Lorenzo, O., Garcia-Casado, G., Lopez-Vidriero, I., Lozano, F.M., Ponce, M.R., Micol, J.L., and Solano, R. (2007). The JAZ family of repressors is the missing link in jasmonate signalling. Nature 448: 666-671.
Chitnis, P.R. (2001). PHOTOSYSTEM I: Function and Physiology. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 52: 593-626.
Chollet, R., Vidal, J., and O'Leary, M.H. (1996) PHOSPHOENOLPYRUVATE CARBOXYLASE: a ubiquitous, highly regulated enzyme in plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 47: 273-298.
Clough, S.J., and Bent, A.F. (1998). Floral dip: a simplified method for Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana. Plant J. 16:
735-743.
53
Dekker, J.P., and Boekema, E.J. (2005). Supramolecular organization of thylakoid membrane proteins in green plants. Biochim. Biophys. Acta. 1706: 12-39.
Desnos, T., Puente, P., Whitelam, G.C., and Harberd, N.P. (2001). FHY1: a phytochrome A-specific signal transducer. Genes Dev. 15: 2980-2990.
Devoto, A., and Turner, J.G. (2003). Regulation of jasmonate-mediated plant responses in Arabidopsis. Ann. Bot. 92: 329-337.
Devoto, A., Nieto-Rostro, M., Xie, D., Ellis, C., Harmston, R., Patrick, E., Davis, J., Sherratt, L., Coleman, M., and Turner, J.G. (2002). COI1 links jasmonate
signalling and fertility to the SCF ubiquitin-ligase complex in Arabidopsis. Plant J. 32:
457-466.
Dill, A., and Sun, T. (2001). Synergistic derepression of gibberellin signaling by removing RGA and GAI function in Arabidopsis thaliana. Genetics 159: 777–785.
Fairchild, C.D., Schumaker, M.A., and Quail, P.H. (2000). HFR1 encodes an atypical bHLH protein that acts in phytochrome A signal transduction. Genes Dev. 14:
2377-2391.
Fankhauser, C., and Chory, J. (2000). RSF1, an Arabidopsis locus implicated in phytochrome A signaling. Plant Physiol. 124: 39-45.
Farmer, E.E., and Ryan, C.A. (1990). Interplant communication: airborne methyl jasmonate induces synthesis of proteinase inhibitors in plant leaves. Proc. Natl.
Acad. Sci. USA 87: 7713-7716.
Feng, S., Martinez, C., Gusmaroli, G., Wang, Y., Zhou, J., Wang, F., Chen, L., Yu, L., Iglesias-Pedraz, J.M., Kircher, S., Schafer, E., Fu, X., Fan, L.M., and Deng, X.W. (2008). Coordinated regulation of Arabidopsis thaliana development by light and gibberellins. Nature 451:475–479.
Fonseca, S., Chini, A., Hamberg, M., Adie, B., Porzel, A., Kramell, R., Miersch, O., Wasternack, C., and Solano, R. (2009). (+)-7-iso-Jasmonoyl-L-isoleucine is the endogenous bioactive jasmonate. Nat. Chem. Biol. 5: 344-350.
Fu, X., and Harberd, N.P. (2003). Auxin promotes Arabidopsis root growth by modulating gibberellin response. Nature 421: 740-743.
Hoecker, U., Xu, Y., and Quail, P.H. (1998). SPA1: a new genetic locus involved in phytochrome A-specific signal transduction. Plant Cell 10: 19-33.
Hoecker, U., Tepperman, J.M., and Quail, P.H. (1999). SPA1, a WD-repeat protein specific to phytochrome A signal transduction. Science 284: 496-499.
Horton, P., Ruban, A.V., and Walters, R.G. (1996). Regulation of Light Harvesting in Green Plants. Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. 47: 655-684.
Hou, X., Lee, L.Y.C., Xia, K., Yan, Y., and Yu, H. (2010). DELLAs modulate jasmonate signaling via competitive binding to JAZs. Dev. Cell 19: 884–894.
Hou, X., Hu, W.W., Shen, L., Lee, L.Y., Tao, Z., Han, J.H., and Yu, H. (2008).
54
Global identification of DELLA target genes during Arabidopsis flower development.
Plant Physiol. 147: 1126-1142.
Hsieh, H.L., Okamoto, H., Wang, M., Ang, L.H., Matsui, M., Goodman, M., and Deng, X.W. (2000). FIN219, an auxin-regulated gene, defines a genetic link between phytochrome A and the downstream regulator COP1 in light control of Arabidopsis development. Genes Dev. 14: 1958-1970.
Jensen, P.E., Gilpin, M., Knoetzel, J., and Scheller, H.V. (2000). The PSI-K subunit of photosystem I is involved in the interaction between light-harvesting complex I and the photosystem I reaction center core. J. Biol. Chem. 275: 24701-24708.
Katsir, L., Schilmiller, A.L., Staswick, P.E., He, S.Y., and Howe, G.A. (2008).
COI1 is a critical component of a receptor for jasmonate and the bacterial virulence factor coronatine. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 105: 7100-7105.
Kim, J., Yi, H., Choi, G., Shin, B., and Song, P.S. (2003). Functional
characterization of phytochrome interacting factor 3 in phytochrome-mediated light signal transduction. Plant Cell 15: 2399-2407.
Kim, Y.M., Woo, J.C., Song, P.S., and Soh, M.S. (2002). HFR1, a phytochrome A-signalling component, acts in a separate pathway from HY5, downstream of COP1 in Arabidopsis thaliana. Plant J. 30: 711-719.
Kiss, A.Z., Ruban, A.V. and Horton, P. (2008). The PsbS protein controls the organisation of the photosystem II antenna in higher plant thylakoid membranes. J.
Biol. Chem. 283: 3972–3988.
Ko, C.B., Woo, Y.M., Lee, D.J., Lee, M.C., and Kim, C.S. (2007). Enhanced
tolerance to heat stress in transgenic plants expressing the GASA4 gene. Plant Physiol.
Biochem. 45: 722-728.
Krah, N.M., and Logan, B.A. (2010). Loss of psbS expression reduces vegetative growth, reproductive output, and light-limited, but not light-saturated, photosynthesis in Arabidopsis thaliana (Brassicaceae) grown in temperate light environments. Am. J.
Bot. 97: 644-649.
Lee, S., Cheng, H., King, K.E., Wang, W., He, Y., Hussain, A., Lo, J., Harberd, N.P., and Peng, J. (2002). Gibberellin regulates Arabidopsis seed germination via RGL2, a GAI/RGA-like gene whose expression is up-regulated following imbibition.
Gene Dev. 16: 646-658.
Li, K.L., Bai, X., Li, Y., Cai, H., Ji, W., Tang, L.L., Wen, Y.D., and Zhu, Y.M.
(2011). GsGASA1 mediated root growth inhibition in response to chronic cold stress is marked by the accumulation of DELLAs. J. Plant Physiol. 168: 2153-2160.
Melotto, M., Underwood, W., Koczan, J., Nomura, K., and He, S.Y. (2006). Plant stomata function in innate immunity against bacterial invasion. Cell 126: 969-980.
55
Nahirñak, V., Almasia, N.I., Hopp, H.E., and Vazquez-Rovere, C. (2012) Snakin/GASA proteins: involvement in hormone crosstalk and redox homeostasis.
Plant Signal Behav. 7: 1004-1008.
Navarro, L., Bari, R., Achard, P., Lison, P., Nemri, A., Harberd, N.P., and Jones, J.D. (2008). DELLAs control plant immune responses by modulating the balance of jasmonic acid and salicylic acid signaling. Curr. Biol. 18: 650-655.
Nishii, A., Takemura, M., Fujita, H., Shikata, M., Yokota, A., and Kohchi, T.
Nishii, A., Takemura, M., Fujita, H., Shikata, M., Yokota, A., and Kohchi, T.