從最簡單的原核細菌到人類細胞中，都有些蛋白質的含量會隨著晝夜而呈現非常規律的變化，稱為「晝夜韻律」。這個周期的規律大約是24小時，但是它也會隨著季節光周期的長短變化而重新調整。
 
這個調整的決定因素當然是光照，綠藻的晝夜周期會受到藍/綠及紅光的影響而改變，但調整背後的分子機制則仍然不清楚。在葉綠體中有6個蛋白會隨著晝夜周期而改變，為了要瞭解這些「時鐘蛋白」的調控機制，名古屋大學基因實驗機構的研究團隊將綠藻各別的時鐘基因ROC與螢火蟲的發光基因結合移植入綠藻細胞，植入綠藻的融合基因，便能轉譯出發光的時鐘蛋白質，透過測定細胞所放出光的強度，便能瞭解活細胞的時鐘蛋白受到光照變化的情形。

在12小時光照與12小時暗夜的環境中，研究團隊發現ROC15蛋白的周期變化最為劇烈，ROC15蛋白在黑暗中會大量增加，但接受照光時就會急速減少。ROC15蛋白受光降解的速度與光照的強度及光的頻率有關。當強光照射時，不論什麼顏色的光都使得ROC立刻降解，但是在弱光照射時，則紅光比藍綠光有更強誘導ROC15蛋白降解的能力。
 
研究進一步發現ROC蛋白的降解主要是透過「泛素-蛋白酶體系統」。而另一個時鐘蛋白ROC114也被證實會參與「泛素-蛋白酶體系統」降解ROC15蛋白。此外也證實時鐘蛋白基因roc15異常的綠藻，無法正常調控晝夜韻律。從以上實驗結果顯示綠藻照光處理，時鐘蛋白ROC114有關的「泛素-蛋白酶體系統」會產生作用，使得時鐘蛋白ROC15急速降解，促使綠藻調整其晝夜韻律。
 
該研究團隊研究未來將解析從光源刺激，到時鐘蛋白ROC15分解過程中所有光源訊息的傳導路徑為目標。雖時鐘蛋白ROC15的降解主要是因為紅光刺激而有強烈反應，但對綠藻如何接收紅色光源刺激的機制不甚了解，期待未來能進一步解開紅光接收與訊息傳遞機制。如能解開綠藻晝夜韻律校正機制，就能自由控制綠藻體內的晝夜韻律，調控綠藻處於代謝活化狀態，進行有效率生產生物能源燃料。（本文由國科會補助「新媒體科普傳播實作計畫」執行團隊撰稿／2013年11月）
 
責任編輯：周成功｜長庚大學生物醫學系
 

名詞解釋 :
 

1. ROC15 : 綠藻時鐘基因Rhythm of Chloroplast 15(roc 15) 所轉譯的蛋白質。


2. 泛素-蛋白酶體系統 : ubiquitin-proteasome system;決定哪些蛋白質需要貼上銷毀的標籤，是泛素連接酵素的工作。這種包括泛素化和蛋白酶體降解的整個系統被稱為「泛素-蛋白酶體系統」。


3. ROC114 : 綠藻時鐘基因Rhythm of Chloroplast 114 (roc 114)所轉譯的蛋白質，其特徵為具有在蛋白質上附加泛素(ubiquitin)的酵素。