《睡美人》（Sleeping Beauty）是由格林兄弟所編著的經典童話，講述了一位不幸的公主被魔法仙女詛咒，注定要沉睡一百年的故事，這個經典的睡前故事想必喚起了許多人兒時的美好回憶。然而，近期中研院植物暨微生物學研究所鄭惠國博士與日本北海道大學、埼玉大學的合作研究團隊，為這童話中的邪惡角色帶來了嶄新的光彩。研究指出兩種相似的阿拉伯半乳聚糖蛋白質（arabinogalactan protein，AGP）擁有使植物進入沉睡或甦醒的魔法，堪稱同時具備施法和解咒的強大魔力。
當這兩種阿拉伯半乳聚糖蛋白質大量表現時，能對小立碗蘚（Physcomitrium patens）產生深度沉睡的咒語，使其進入休眠狀態。由於它顯著的休眠效應，研究團隊將這兩種蛋白質分別命名為「SLEEPING BEAUTY」（SB）和「SB-like」（SBL）。然而，研究發現，SB和SBL這兩種蛋白質的序列與植物中的其他蛋白質截然不同，使釐清這兩者功能以及為何能在細胞表面引發細胞停止生長變得更加複雜困難。
阿拉伯半乳聚糖蛋白質是植物細胞壁中高度醣基化的蛋白質，這種蛋白質的名稱源自其組成結構，包含阿拉伯糖（arabinose）和半乳糖（galactose）等單醣分子，它被認為在植物信號傳遞過程中發揮重要作用，並在各種發育過程中發揮調節作用。研究團隊首先發現，缺乏SB和SBL的小立碗蘚突變株，相較於具有正常SB和SBL的野生株，提早幾天形成配子囊柄（gametophore），而對於苔蘚植物而言，配子囊柄扮演著生殖的關鍵角色。
在發現SB雙突變體會加速配子囊柄的形成促使研究團隊推測，SB可能參與了細胞壁的鬆弛過程。植物細胞與動物細胞最大的差異在於細胞壁的存在，它決定了植物細胞的形狀、控制著細胞的生長方向和速度，並影響各種細胞的分化。因此，在發育過程中，植物必須透過持續鬆弛和軟化細胞壁，以實現細胞的生長和擴張。為了證實這一個假設，研究團隊檢測SB突變體中細胞壁的糖分組成情形。由於細胞壁主要是由多醣類的纖維素（cellulose）、半纖維素（hemicellulose）和果膠（pectin）所組成，因此觀察細胞壁中的糖分是否有變化，有助理解彼此是否相互影響作用。分析結果顯示，SB突變體的細胞壁中，主要建構果膠的半乳糖含量顯著下降，證實細胞壁的結構發生了變化。
透過一系列的基因體學、細胞生物學和生化分析，研究人員進一步發現，細胞表面SB蛋白質的豐富程度與細胞內轉錄因子的活性呈正相關。這種被稱作ARFC2的轉錄因子對植物生長激素的存在做出反應，並限制位於細胞壁的果膠酯酶（pectin methylesterase）的表達，這些酶的主要功能是修飾植物細胞壁中的果膠。由此可知，SB透過與ARFC2的溝通，能調控果膠酯酶的生成量，進而形塑細胞壁的堅實性，對於新器官的形成和植物形態的發展至為重要。
鄭惠國博士指出：「多年來，植物生物學家一直不太清楚阿拉伯半乳聚糖蛋白質在細胞壁中的具體功能是什麼，而我們的研究為此提供了寶貴線索，呈現它們如何促進細胞壁的重塑過程。」鄭博士進一步補充說：「我們下一步的目標是深入瞭解SB如何在細胞中與轉錄因子ARFC2進行溝通，以及醣基在SB功能中是否發揮作用。這些都是令人興奮的問題，如果得到解答，將對細胞壁生物學領域產生重要的貢獻。」
人們往往會將睡美人描繪為一個虛弱且易受傷害的角色，成為邪惡仙女的受害者。現在該是轉換我們思維方式的時候了！把睡美人重新詮釋成一位強大的女英雄，有能力掌控並引導事物按照她所期望的方式發展，至少在植物的世界中是這樣。雖然睡美人的童話故事將繼續在未來的歲月中讓兒童著迷，但這個同樣名為Sleeping Beauty的阿拉伯半乳聚糖蛋白質可能將是更多令人興奮發現的開端。
【延伸閱讀】
Ooi Kock Teh*, Prerna Singh, Junling Ren, Lin Tzu Huang, Menaka Ariyarathne, Benjamin Prethiviraj Salamon, Yu Wang, Toshihisa Kotake, Tomomichi Fujita*
Surface-localized glycoproteins act through class C ARFs to fine-tune gametophore initiation in Physcomitrium patens
Development (2022) 149 (24): dev200370.
https://journals.biologists.com/dev/article/149/24/dev200370/282110/Surface-localized-glycoproteins-act-through-class