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植物演化發育研究室

研究概覽

實驗室主持人自英國愛丁堡大學皇家植物園取得博士學位,曾經任職加拿大英屬哥倫比亞大學植物園博士後研究員。主要研究領域為花發育演化、授粉生物學、生殖生物學、親緣地理及適應種化。研究專注在花兩側對稱基因功能對花朵形狀之影響、小分子核糖核酸對蘚苔及被子植物的生長發育影響、台灣高山植物花色演化、昆蟲傳粉及植物生殖策略、東亞及台灣特有植物之種化適應,並與日本、大陸鄰近區域學者合作研究群聚生態親緣。

王俊能的實驗室團隊研究,主要專注在花兩側對稱基因對花朵形狀之演化發育功能、小分子核糖核酸對蘚苔(與日本京都大學合作)及開花植物(中研院植微所及生農中心合作)花生長發育的影響、台灣高山植物花色演化、昆蟲傳粉生物學及植物生殖策略(與日本北海道大學合作)、東亞及台灣特有植物之種化適應(與日本筑波植物園、大陸昆明植物所學者合作),並與生演所團隊共同研究台灣植群群聚沿海拔梯度之物種生態棲位與親緣歷史關聯。近期發表主要向學界報導出花對稱性基因CYCLOIDEA (CYC)在苦苣苔科不同類群,基因經常性演化增加出多個複份,從而使新的複份基因受到天擇篩選或人擇栽培馴化,在花芽中產生新的表現形式以調控發育出花兩側-輻射對稱性轉換。藉由遺傳分析,更發現到CYC能控制花開口大小及花冠筒彎曲程度,得以演化出不同花形以適應各種傳粉者訪花。而在台灣高山植物傳粉生態研究上,在採樣近千個原生種後發現高山植物會盡量分化成不同花色以吸引不同傳粉者在花季能專注為期授粉,為學界首次揭開高山植物為何花色多樣的演化成因。而為了瞭解東亞特有的紅豆杉及苦苣苔播遷至台灣的親緣地理歷史,大陸及島嶼族群分化後的基因交流程度及冰河期台灣海峽陸橋環境棲位的模擬資料均顯示,台灣因有高低海拔落差從寒溫帶到亞熱帶的植群氣候帶,提供這些孑遺物種從冰期來避難於台灣,甚至可以成為東亞植物往南至菲律賓,及往東至琉球群島傳播的跳板。這些成果詳見王俊能網頁發表文獻。

實驗室兩大研究主軸,一方面以形態發生學觀念,來探索植物發育之開花調控;另一方向則利用大數據分析台灣植物花色受傳粉者天擇的競爭及適應演化、分子親緣地理、族群遺傳分析,來偵測台灣植物種化及花朵演化機制,下列主題為代表:

研究方向

(1) 花對稱性及花形發育之基因調控 – 以苦苣苔科植物為模式。

【開花植物能演化出多達35萬種出各式各樣花形的變異】,佔領世界各角落,是達爾文畢生認為最不可思議的演化奇蹟。而花的兩側對稱性發育最能促進訪花昆蟲傳粉效率,被認為是開花植物最重要演化趨勢。苦苣苔及蘭科植物花形因與昆蟲共演化而變化多端,深受花卉園藝產業愛好,也成為絕佳研究花發育的模式物種。所以我們以大岩桐、非洲菫及台灣蘭科原種大芋蘭為材料,比較花從兩側對稱突變回輻射對稱的發育轉變,找出控制花對稱性CYCLOIDEA基因及其下游途徑基因,遺傳關聯出基因如何影響花各部分形狀;並透過基因轉殖及上下游調控,確立基因功能及控制花形改變的機制。

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圖一、非洲堇兩側對稱花(中央)發育成輻射對稱花(左右)的兩種基因調控模式。取自Hsu et al. (2018) Frontier in Plant Science 9:1008。徐卉汝、何承紋、郭聞喜、辛冠霆博士生及潘昭君博後共同發表。

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