有沒有想過科學家如何收集植物精子？植物生物學家揭示了一切

你漫步在一片絢麗的花田中，深深吸了一口氣……田園詩般的平和與安寧立刻被一個噴嚏破壞了。你，我的朋友，是種植精子－也稱為花粉。全球的植物科學家正在不斷研究我們美麗的花卉朋友的各個方面，我們有一些問題。除了詹姆斯沃克博士之外，我們還應該問誰？

沃克博士是聖地牙哥索爾克生物研究所的博士後研究員和本科生導師，但他之前來自英國，在諾維奇的約翰英尼斯中心獲得博士學位。

詹姆斯“吉米”沃克博士。

圖片由詹姆斯沃克博士提供

你曾經研究過植物精子…你能像我一樣解釋一下開花植物中的精子細胞是什麼嗎？

傑文：這是鳥類和蜜蜂的經典故事。想像蜜蜂在玩一個遊戲，蜜蜂幫助花朵分享稱為花粉的小包。這些花粉包中含有爸爸在精子細胞內的微小指令，這些指令與另一朵花中媽媽的指令混合在一起。這種混合物會產生種子，這些種子是等待生長的幼苗。

如何讓植物有心情收集精子樣本？

傑文：有些植物像人類一樣產生遊動的精子（除了它們有兩條尾巴！），下雨時精子在水中螺旋式移動，使雌性卵子受精。

植物在白天感知光質量，以知道何時產生精子，因此我使用遠紅燈泡來模擬這些條件並創造合適的情緒照明。然後，我只需將水滴到男性性器官上以引起精子釋放，然後將水收集在管中，這需要一個星期三下午的時間。

簡而言之，什麼是甲基化以及為什麼它在植物和真核生物中很重要？

傑文： 是有時添加到 DNA 中 C 的化學標籤。它通常被稱為第五個字母：甲基胞嘧啶（mC）。這些標籤可以阻斷 DNA 的某些部分，從而阻止 RNA 和蛋白質的產生。它至關重要，因為它有助於確定植物 DNA 的哪些部分在不同的生長階段處於活躍或不活躍狀態，從而影響植物的發育和功能。

什麼是單細胞基因體學？

傑文：當我們粉碎植物的葉細胞時，我們可以觀察 DNA 甲基化並了解它與 RNA 和蛋白質的關係。問題是，它是我們粉碎的所有細胞的混合物——就像將水果混合到冰沙中，然後看到粉紅色的細胞還有香蕉的味道！

單細胞基因組學是一項很棒的新技術，它可以讓我們直接進入每個細胞並觀察它們的甲基化和RNA，以便我們了解DNA甲基化對每種細胞類型（例如光合細胞和葉脈細胞）的直接影響，因此我們現在可以看到紅色並嚐到草莓的味道，看到黃色並嚐到香蕉的味道。它向我們展示了 DNA 甲基化模式比我們以前想像的更動態！

您目前正在研究什麼？

傑文：我正在探索植物發育各個階段的新的、獨特的 DNA 甲基化模式。這項研究揭示了 DNA 甲基化發生方式的驚人差異，不僅在經過深入研究的植物中，而且在不太熟悉的物種中也如此，為植物遺傳學提供了新的見解。

了解植物 DNA 是如何開啟和關閉的，讓我們更接近自己控制這些遺傳機制。 CRISPR-Cas9 等技術現在使我們能夠將 DNA 甲基化引導至特定基因，使我們能夠影響植物發育，從而提高作物產量並適應環境。。

我的目標是[在未來]表徵更廣泛的植物（包括蕨類植物和藻類）的 DNA 甲基化，以了解它們的進化意義。由此，我希望建立一套規則來解釋甲基化在植物生物學中的作用以及甲基化模式是如何形成的。

你是如何進入這個職業的？

傑文：在學校裡，我喜歡謎題——尤其是我和朋友之間發送的秘密訊息，我用密碼解決了這些問題。當我了解 DNA 的 As、G、C 和 T 以及這些字母的組合如何「編碼」使所有生物發揮作用的蛋白質時，我對生物學著迷。從那時起，這引發的許多謎題就一直讓我忙個不停！

在一位出色的老師向我們展示植物如何適應在其環境中茁壯成長（例如在乾燥條件下捲曲葉子以捕獲水分）後，我將這種興趣與植物結合。這位老師放學後經營了一個園藝俱樂部，令我震驚的是，只需要一些水、泥土和微小的種子就可以長出完整的黃瓜、胡蘿蔔和捲心菜，然後我們就可以吃它們了！

您的科學生涯中（迄今為止）最大的成就是什麼？

傑文：我發現了一種植物，它使用一種罕見的 DNA 甲基化形式（4mC，而不是典型的 5mC）。以前只在細菌中發現過這種現象，但我發現植物已經採用了細菌基因，然後該基因在精子中超速運轉，使 DNA 甲基化程度達到前所未有的程度。我們認為這種甲基化有助於包裝精子功能的遺傳物質，這是一項令人興奮的進展，我們正準備發表！

你有什麼瘋狂的實驗室故事嗎？

傑文：在我讀大學本科期間，在我的第一個實驗室裡，一位同事的裝有酒精的用於消毒的玻璃瓶被砸碎，並被附近的本生燈著火了！

我們成功撲滅了火，但長凳上的一些塑膠融化了，引發了火警，所以整棟大樓被暫時疏散。那是英國十一月一個寒冷的夜晚，所有科學家都擠在外面不停地詢問發生了什麼事。此後實驗室改用塑膠瓶，從此再也沒有出現任何問題！

你最喜歡的植物是什麼？

傑文：我最喜歡的植物是獨花草，當我還是學生時，我工作過的第一座工廠在倫敦。