蘭花之美 -楊長賢實驗室

本所楊長賢教授領導的團隊破解蘭花花色及老化之謎，
榮獲國際頂尖期刊《Nature Communications》報導

(圖) 中興大學副校長、生物科技學研究所講座教授楊長賢解開蘭花
花色及老化之謎

(圖) 興大校長薛富盛（右4）、副校長楊長賢（右5）、農資學院
院長詹富智（右3）、楊長賢所領導的團隊共同召開記者會

蘭科植物含有超過28000多種以上的蘭花，是現今植物界中包含種類最多的科之一。蘭花的花朵美麗多變，其花被片(tepals)中特化出的各種形式的唇瓣，使蘭花形成獨特的兩側對稱且多變美麗，此外蘭花多變的顏色模式，也是其吸引人們喜愛及深具產業價值的重要原因。

國立中興大學生物科技學研究所（簡稱生技所）講座教授/副校長楊長賢所領導的團隊，五年前曾提出「花被密碼」(Perianth code，簡稱P code)，證實了蘭花唇瓣形成的原因及機制，解開蘭花花朵美麗的秘密。楊長賢指出，「花被密碼」的發現突破過去對植物B群MADS基因的專一研究，他們提出B群基因的蛋白質必須與一群AGL6的蛋白質形成蛋白質四聚體的複合體，一種為「唇瓣複合體」 (L complex)，其控制唇瓣的型成，另一種為「花萼/花瓣複合體」(SP complex)，其會抑制唇瓣的形成，使花器產生花萼/花瓣。

楊長賢領導的團隊接著進一步的研究發現，「花被密碼」SP 及L複合體中的B及AGL6 MADS基因，除了具有原來的調控花器中唇瓣/花萼/花瓣形成的重要功能外，竟然還具有調控花朵顏色、花萼花瓣老化及花柄凋落的多重新功能。這項研究成果已於2月10日線上刊登於國際頂尖期刊自然(Nature)之系列期刊Nature Communications。

此項研究是由楊長賢指導興大生技所博士後研究員徐杏芬、陳偉翰、碩士生沈怡璇 (共同第一作者)，及博士後研究員許巍瀚、毛婉廷等共同完成，是一個完全由中興大學研究團隊獨力完成的研究成果。

團隊發現SP複合體之OAGL6-1/OAP3-1/OPI 除可調控花萼/花瓣的形成外，更可透過調控PaMYB12 的表現進一步控制花器中花青素的量，進而控制花朵顏色深淺及樣式的變化。當以VIGS 靜默的方式抑制OAGL6-1、OAP3-1或OPI的表現時，會造成PaMYB12 的表現量及花青素量的下降，進而使花朵的顏色消失或變淡。

另外發現SP 複合體之OAP3-1/OPI 除可調控花萼/花瓣的形成及顏色外，更可透過抑制乙烯下游基因及老化相關基因之表現，進一步調控花萼花瓣之化。當以VIGS靜默的方式抑制OAP3-1或OPI的表現時，會造成乙烯下游基因PeEDF1/2及老化基因PeSAG39 的表現量上升，進而使花朵提早老化。

另外團隊更意外的發現SP 複合體之OAGL6-1 除可調控花萼/花瓣的形成及顏色外，更可調控蘭花花柄中木質素(lignin)生合成基因的表現及花柄基部之木質化，進而控制花朵的凋落。當以VIGS靜默的方式抑制OAGL6-1的表現時，會造成花柄木質素生合成基因PeVND1, PeMYB46及PeMYB63/85的表現量上升，進而加速花柄基部木質化及破壞離層的形成，最後造成花朵不能凋落。

上述這些對植物B及AGL6 MADS基因功能之創新成果，都是在研究植物花朵發育領域的首度發現，除了破解所謂的「蘭花之謎」(The mystery of orchid flowers)外，並對植物B及AGL6 MADS基因在花朵演化上的角色提出了新的見解。過去學者皆認為植物中控制花朵花器形成的主要MADS box基因，在完成花器分化及把花器做出來的工作後，就功成身退不會再有其他功用，而楊長賢領導的團隊卻打破了這個想法，並以大量且明確的實驗證據，提出控制花型的基因其實在花朵發育的後續過程中還具有許多意想不到的功能，如調控花朵顏色、花萼花瓣老化及花柄的凋落，這些創新發現在國際花卉研究的領域上有著突破性的貢獻，研究成果此次獲登Nature Communications，顯著提升興大及台灣在研究蘭花之國際能見度。

楊長賢表示，此研究成果顯示L及SP complex基因的表現與否及強弱和蘭花花朵中顏色的變化程度及是否老化凋落有密切的關聯性，極具實際產業的應用價值，未來若能透過生物技術及育種之方法，經由操控L 及SP complex基因之表現，預期將會產生顏色多變及延長花期的蘭花，將能達到蘭花花卉改良之應用目的，除了可以增加蘭花市場的多樣性外，並對提高台灣花卉產值有所助益。

最後楊長賢教授表示，此研究成果要感謝科技部尖端計畫及教育部高教深耕計畫特色研究中心經費的挹注，國家能長期支持基礎科學研究，終能開花結果。

論文連結: https://doi.org/10.1038/s41467-021-21229-w

台灣好新聞報導: http://www.taiwanhot.net/?p=905989

大學網報導: https://university.1111.com.tw/news.asp?sub=null&content_id=135506#gsc.tab=0

新唐人亞太電視台NTDAPTV：
＜揭開蘭花花色及老化之謎興大解密有成＞
https://www.ntdtv.com.tw/b5/20210218/video/289417.html?%E6%8F%AD%E9%96%8B%E8%98%AD%E8%8A%B1%E8%8A%B1%E8%89%B2%E5%8F%8A%E8%80%81%E5%8C%96%E4%B9%8B%E8%AC%8E%20%E8%88%88%E5%A4%A7%E8%A7%A3%E5%AF%86%E6%9C%89%E6%88%90

本所楊長賢教授提出「花被密碼」解密蘭花之美
登國際頂尖期刊自然(Nature)之系列期刊Nature Plants，並被選為5月份Nature Plants的封面

(左圖) Nature Plant 封面 (右圖) 楊長賢教授

＜祕書室媒體公關組相關連結- http://www.nchu.edu.tw/news-detail.php?id=32700＞

蘭花的唇瓣通常是最醒目，也是最能吸引蟲媒停留授粉的部位。但長久以來唇瓣產生的原因，一直是植物學家解不開的謎題。日前由國立中興大學生物科技學研究所（簡稱生技所）特聘教授楊長賢所領導的團隊，經過多年的研究，提出「花被密碼」(Perianth code，簡稱P code)，證實了蘭花唇瓣形成的原因及機制，解密蘭花之美。

研究成果已於4月27日線上刊登於國際頂尖期刊自然(Nature)之系列期刊Nature Plants，並被選為5月份Nature Plants的封面，同時亦被選為當週Nature所有系列期刊的研究亮點(Research highlights)，刊出後立即獲得美、義、日等各國科學及媒體網站競相報導。Nature Plants當期更邀請國際知名的蘭花學家，荷蘭自然生物多樣中心主任Barbara Gravendeel博士撰寫專文報導，文中稱讚該研究的發現「大大的拓展了我們對控制蘭花花型多樣性變化機制的了解」(This greatly extends our understanding of the mechanisms leading to the diverse forms of orchid flowers)。

此項研究是由楊長賢指導興大生技所博士後研究員徐杏芬(第一作者)、許巍瀚，博士生毛婉廷、李貞穎，興大生化所楊俊逸助理教授及科博館李勇毅副研究員等共同完成，是一個純由國內學者獨力完成的研究成果。

楊長賢教授 (前排正中) 與花被密碼研究團隊

楊長賢表示，蘭科植物是現今植物界中包含植物種類最多的科之一，含有超過20,000多種以上的蘭花，在花卉產業上一直有著重要的地位。蘭花的花朵構造包含三片花萼與兩片花瓣，統稱為花被片(tepals)，蘭花重要的特色是第三片花瓣特化成各種形式的唇瓣，使整朵花形成兩側對稱且多變美麗，跟一般輻射對稱的花非常不同。

蝴蝶蘭 (左圖)、 石斛蘭 (中圖) 與樹蘭 (右圖)的花朵形態

蘭花特異的唇瓣被認為是為吸引授粉者傳粉而經長時間演化出來的，它就像是授粉者的停機坪，提供昆蟲、飛蛾與蜻蜓等蟲媒停留。但唇瓣真正產生的原因，尚未有植物學家找出解答。

楊長賢指出，從過去的研究發現，一群MADS box基因被認為是控制花朵花型的主要因子，而對MADS box基因中與花瓣形成的B群基因已有許多研究，但是蘭花唇瓣的形成原因並無法單純的由B群基因來解釋，所以過去數十年來植物學家一直無法找到合理的解釋以破解所謂的「蘭花之美」(The beauty of orchid flowers)。

研究團隊的發現突破過去對B群基因的專一研究，他們提出蘭花唇瓣的形成是受到所謂的蛋白質複合體(protein complex)的調控，B群基因的蛋白質必須與一群AGL6的蛋白質形成蛋白質四聚體的複合體，而在蘭花中這種複合體有兩種，一種研究團隊稱之為「唇瓣複合體」 (L complex)，另一種稱之為「花萼/花瓣複合體」(SP complex)。在蘭花中這兩種複合體互相競爭，當L complex的表現占優勢時花器就發育成唇瓣，而當SP complex占優勢時會抑制唇瓣的形成，而花器就往花萼/花瓣發展，若兩者同時均等存在時就會產生唇瓣與花萼/花瓣的中間型產物。

研究團隊將這個創新的發現稱之為「花被密碼」，同時進一步由研究蘭科植物多個亞科中的許多蘭花發現，不同類型的唇瓣形成都遵守這個「花被密碼」的規則。為了更證實這個「花被密碼」的理論正確，研究團隊透過基因靜默的技術將唇瓣中L複合體中的一個基因表現減少，結果造成了L 複合體在唇瓣中活性的瓦解，進一步產生了文心蘭及蝴蝶蘭中唇瓣轉變成花萼/花瓣的花被結構，這個結果具體及紮實的證明了「花被密碼」的正確，也解密了「蘭花之美」的神秘面紗，在國際花卉研究的領域上有突破性的貢獻。

利用VIGS降低L複合體之蝴蝶蘭 (左上圖與下圖) 與文心蘭 (右上圖)

楊長賢表示，此研究成果顯示L 及SP complex基因的表現和蘭花花朵中唇瓣的形成與否有密切的關聯性，極具實際農業應用的價值，未來若能透過基因調控之方法，經由基因工程操控L 及SP complex基因之表現，例如讓L complex的基因在花萼/花瓣中表現，就會產生多個唇瓣的蘭花，相反的，使SP complex基因在唇瓣中表現，預期會產生多種不同變異型態唇瓣的蘭花，將能達到蘭花花卉改良之應用目的，除可增加蘭花市場的多樣性外，並將對提高台灣花卉產值有所助益。

天然突變之’三花瓣’蝴蝶蘭

最後楊長賢教授表示，此研究成果要感謝教育部頂尖大學計畫經費的挹注，國家能長期支持科學研究，終能開花結果。

中興大學楊長賢教授 (左中) 花被密碼研究團隊舉辦研究成果發表會

期刊論文檔案: nplants201546-楊長賢發表文章
期刊論文評論: nplants201556-評論文章

榮獲師大第15屆傑出校友楊長賢鑽研花卉基因密碼解密蘭花之美

https://www.youtube.com/watch?v=x_vS_LYkJeE
http://pr.ntnu.edu.tw/news/index.php?mode=data&id=15190＜稿件來源：2015-6-6國立臺灣師範大學/秘書室公共事務中心＞

楊長賢教授榮獲師大第15屆傑出校友，6月6日頒獎典禮，由師大傑出校友、前教育部長吳清基（左）頒獎給楊長賢教授

楊長賢教授參加教育部第58屆的學術研究獎頒獎典禮 (左圖，右四)，由行政院毛治國院長 (右圖左) 擔任頒獎人

秉持熱情與堅持 解開花卉的基因密碼
師大生命科學系70級校友楊長賢，現任中興大學生物科技研究所特聘教授。秉持著熱情與堅持，他鑽研植物花器老化機制、開花與花器形成機制與分生組織功能等生物科技，解開花卉在發育過程的基因密碼。

楊長賢教授 (左二) 與FYF研究團隊

臺灣素有「蘭花王國」美譽，2012年，楊長賢領導研究團隊發現，花朵中FYF基因的表現和花朵老化凋落有密切關聯，刊登於《植物期刊》（The Plant Journal）。今年（2015），他們解開蘭花的「花被密碼」，突破過去數十年植物學家積極尋找的「蘭花之美」的秘密，研究成果登上《Nature Plants》5月份封面，並當選《Nature》系列期刊的研究亮點。
楊長賢對臺灣花卉改良貢獻斐然，其研究成果每每突破花卉栽培的重要瓶頸，拓展植物學家對蘭花花型及老化機制的認識，未來應用至花卉產業，將豐富蘭花的多樣性，提高臺灣外銷花卉產值。吃苦當吃補　逆境中學會正面思考
就讀師大生物系時，有別於同學專注學業，楊長賢為了分擔家計，必須到處打工，甚至暑假到工地當「捆工」，賺取下學期的學費及生活費。大學四年下來，從原本50公斤的瘦弱身材，到65公斤的健壯體型，「工地是免費的健身房。」回顧年少的艱困歲月，他說：「雖然環境逼你去做這些事，但要往正面思考，才能坦然面對。」
無法在學業上花太多工夫，楊長賢的成績並不好，他感謝當時導師溫永福老師，很包容比較不一樣的學生，老師總是鼓勵他做自己，兼顧生活和課業時，也要滿足學習的基本要求，「老師的鼓勵，讓我知道有人在關心我。」
回首大學四年，生物系的背景打下他的學術研究基礎，生活的困境讓他學會正面思考，經歷過這些逆境，即使現在研究上遇到瓶頸，楊長賢笑說：「還有什麼事情比求生存更難？」因此，他總會勉勵學生：「越早遇到挫折，才能增強逆境的免疫力。」勇於面對未知　在實驗室中找到樂趣
畢業後，楊長賢放棄國中教師的穩定工作，喜歡變化和接受挑戰的他，選擇出國進修，因緣際會下，他申請上美國加州大學戴維斯校區（UC Davis）博士班，才真正算是踏入實驗室做研究，開啟了他的研究生涯。
博士班和大學的實驗課完全不同，大學做實驗都按表操課，甚至還沒做實驗就已知道結果，但在博士班做實驗，永遠不知道下一步是什麼，未知的結果點燃楊長賢的好奇心，「做實驗充滿挑戰性，不像別人想像的枯燥乏味，我的個性就是喜歡挑戰和變化，這種個性其實很適合做研究。」
只要有興趣，再怎麼苦也不覺得累，楊長賢對這些實驗就抱持這樣的心態。或許別人覺得研究工作單調、辛苦，因為他對結果感到好奇，即使花上一整天做實驗，甚至耗到三更半夜等待結果，也不會覺得累。
有一次，他經過連續幾天嘗試，終於在半夜一點多，產生令人滿意的結果，他不加思索、直接打電話給指導教授，電話那頭傳來教授睡意朦朧的聲音，稱讚他做的結果，他才驚覺不應該擾人清夢，幸好指導教授沒潑他冷水，願意分享他的喜悅，而這個經驗也讓他更堅定自己的研究之路。

鑽研花卉基因密碼　解密蘭花之美
蘭花的第三片花瓣特化成唇瓣，使蘭花花形兩側對稱，跟一般輻射對稱的花不同。特異的唇瓣就像授粉者的停機坪，提供昆蟲、飛蛾與蜻蜓等蟲媒停留。但唇瓣形成的原因，一直是植物學家解不開的謎題。
2015年，楊長賢所領導的研究團隊，提出「花被密碼」（Perianth code），證實蘭花唇瓣形成的原因及機制，發現L complex及SP complex基因的表現，和蘭花花朵的唇瓣形成與否有密切關聯性。
研究成果登上《Nature Plants》，並獲選為當期封面，及當週《Nature》所有系列期刊的研究亮點，國際知名的蘭花學家、荷蘭自然生物多樣中心主任Barbara Gravendeel博士撰寫專文，盛讚研究的發現「大大的拓展了我們對控制蘭花花型多樣性變化機制的了解」。
這項發現不僅解開「蘭花之美」謎題，也具有實際農業應用價值，未來透過基因調控，操縱L 及SP complex基因之表現，將會產生多種不同變異型態唇瓣的蘭花，增加蘭花市場的多樣性，也提高臺灣花卉產值。

勉勵學生　堅持、做自己
研究的道路上，總會遇到實驗不順利、論文被期刊拒絕，楊長賢認為，不要害怕嘗試各種可能，嘗試或許還有機會，但不嘗試就是零。「最重要的是堅持。」樂觀面對眼前的困難，不放棄最初的好奇心，才能在研究的道路上走得久、走得遠。
「不要心隨境轉，要心能轉境。」如同楊長賢的研究遭遇瓶頸，每人都有自己的人生課題，他強調：「首先，想辦法喜歡它，假設你不喜歡，那就想好的一面。」楊長賢鼓勵學生，找到喜歡的事去做，才能事半功倍。
對楊長賢來說，做研究可以發揮天馬行空的想法，挑戰未知的結果。他勉勵師大學弟妹，相信自己在這世上是獨一無二，勇敢做自己，不要太在意他人眼光或自己的能力，只要找到自己想做的事情，盡力去做，一定能達到目標。

中興圖書館專訪
＜一朵花中見天堂—專訪生物科技所楊長賢老師＞
http://www.lib.nchu.edu.tw/static_html/lib_newsletter/news_201503/news_201503_2.shtml#1

新唐人亞太電視台NTDAPTV：
＜解密蘭花之美 興大登Nature Plants 封面＞
https://www.youtube.com/watch?v=XvGzkqTWPug
http://www.ntdtv.com.tw/b5/20150514/video/148700.html?%E8%A7%A3%E5%AF%86%E8%98%AD%E8%8A%B1%E4%B9%8B%E7%BE%8E%20%E8%88%88%E5%A4%A7%E7%99%BBNature%20Plants%20%E5%B0%81%E9%9D%A2