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六千年前的大麥基因告訴我們的秘密

大麥。圖片來源:Wikipedia
看過大麥嗎?吃過大麥嗎?我想在台灣的朋友,應該都會對上面那兩個問題搖頭。雖然大麥(Hordeum vulgare L.)現在已經不再出現在餐桌上了,但是它其實是在同一時期跟小麥一起被馴化的穀物;也就是說,西亞文明是建立在大麥與小麥(二粒小麥,emmer)上的。

由於大麥比麵包小麥耐旱耐鹽,成熟期比小麥短,對肥份也不那麼挑剔,所以在肥沃月彎、雅典兩個文明的晚期,當土地因過度開墾與灌溉而逐漸鹽化、失去肥份時,大麥便取代了小麥(當時的小麥已經不是二粒小麥,而是麵包小麥了)成為主要穀物。

時至今日,我們對大麥的印象,已經從餐桌上的主食變為飼料;但其實大麥仍然是釀酒(尤其是啤酒)的必需成分。由於大麥含有兩種澱粉酶(α-與β-amylase),有它的存在,澱粉可以加速分解;另外在釀酒時,大麥的外殼可以形成天然的過濾層;所以雖然我們不再直接食用大麥,它卻以「轉一手」的方式,出現在我們的餐桌上(動物的肉、啤酒)喔!

最近這些年,隨著分子生物技術的突飛猛進,我們看到了許多生物的基因體相繼解碼;從1995年流感嗜血桿菌(Haemophilus influenzae)的基因體被解碼後,1996年啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)成為第一個基因體被解碼的真核生物,然後在2000年的阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)、2001年人類基因體...

基因定序技術,隨著一次次的「練兵」也一日千里。但真正讓大家覺得大開眼界的是,古代生物的基因定序。

古代生物的基因定序之所以不容易,簡而言之,是由於我們的基因體(成分為去氧核糖核酸)也會持續遭受化學損傷與外來的輻射損傷;但當我們還活著的時候,身體有許多機制可以修復基因體,一旦我們呼出最後一口氣以後,修補機制也跟著停擺,於是損傷便開始累積。再加上,細胞也因為沒有能量可以維持基本的活動,而開始分解;最後,還有我們周圍的多數民族(細菌)們也會開始分解、吞食我們...所以能留下給我們定序的量實在是不多!也因此,在2010年,當帕波博士將尼安德塔人的基因體定序完成時,真的是非常的轟動啊!

相對於動物,古代植物的基因體似乎更不容易被保存下來!這是由於植物在構造上,因為缺乏了動物的骨骼等構造,使得它的基因體比動物更容易被分解。因此,雖然目前已有不少古代動物的基因體被定序,但能被定序的古代植物真的不多。

最近歐洲的研究團隊,從在以色列的朱迪亞沙漠(Judean Desert)的約拉姆洞穴(Yoram Cave)裡發現的大麥,將六千年前的大麥基因體給定序完成了。

得到六千年前的大麥的基因體序列,我們能知道什麼呢?

光是看它的序列,當然無法知道太多;不過,當研究團隊把它與馴化大麥以及現在仍在當地生長的野生大麥的基因體做比較時,就發現六千年前的大麥(下面簡稱為古大麥)的BTR1基因,與馴化大麥一樣有突變。這個基因,以及另一個稱做BTR2的基因,與大麥成熟後穀粒是否會馬上脫落有關;因此它們被認為與馴化相關。當地(黎凡特南部)的大麥品系,很多都帶有這個突變,所以這也顯示了這個大麥應該是當地的馴化品系。

而另一個基因VRS1的序列則讓我們知道,古大麥應該是二稜大麥(two-rowed barley)而非六稜大麥。由於大麥是自交作物,不同區域的大麥,在年復一年的種植之後,會累積一些區域性的變異;研究團隊比較了古大麥與許多現代大麥以及野生大麥的基因體後發現,古大麥與位於上約旦河谷的大麥親緣最接近。在考古學上,這一帶也被認為是大麥最早被馴化的地點。

不過,最讓研究團隊驚訝的是,古大麥與現代大麥的基因體並沒有太多不同。雖然肥沃月彎這一帶在古代是兵家必爭之地,但征服者似乎並沒有帶著自己的種源過來,而是選擇了使用當地的種源。究竟這意味著征服者也有不錯的農業知識水平,知道要種植在地穀物比較容易有好的收成;或者只是代表征服者本身不從事農業,選擇驅使當地農民來為他們耕作,就只能讓答案隨風而逝吧。

本文版權為台大科教中心所有,其他單位需經同意始可轉載)

參考文獻:

Martin Mascher et. al., 2016. Genomic analysis of 6,000-year-old cultivated grain illuminates the domestication history of barley. Nature Genetics.

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【原來作物有故事】鳳梨 漂洋過海在臺灣發揚光大

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在台灣提到鳳梨,一定會想到鳳梨酥這代表台灣的伴手禮。但是鳳梨其實不是台灣原產的水果喔!鳳梨原產於熱帶南美洲,在哥倫布1493年的第二次航行時於瓜德羅普的村莊中發現後引進歐洲,約於16世紀中葉傳入中國;台灣則是在1605年先由葡萄牙人引進澳門,再由閩粵傳入台灣,至今已有三百多年歷史。

在台灣,鳳梨因為台語諧音「旺來」很吉利而廣受大眾喜愛,但其實鳳梨的名字是根據它果實的型態來的,因為果實的前端有一叢綠色的葉片,讓以前的人覺得很像鳳尾,加上果肉的顏色像梨,所以就取名為「鳳梨」。至於英文的名稱也是因為果實的外型像毬果、而肉質香甜,所以就被取名為「松蘋果」(pineapple)啦!其實鳳梨果實的毬果狀的外觀主要是因為鳳梨是「聚合果」,每顆鳳梨是由200朵鳳梨花集合而成的!而它的學名Ananas則是來自於圖皮語,意思是很棒的水果。

在哥倫布把鳳梨引進歐洲以後,因為它的香甜好滋味讓它大受歡迎;但是身為熱帶水果的鳳梨,在溫帶的歐洲長得並不好!為了要讓王公貴族們吃到鳳梨,十六世紀的園丁們發明了「鳳梨暖爐」:把單顆鳳梨放在由馬糞堆肥做的暖床上的木製棚架,並升起爐火來保持溫暖,好讓鳳梨這熱帶植物可以在溫帶的歐洲開花結果;世界上第一個溫室就這樣誕生了,並由此開啟了歐洲建造溫室的熱潮!

鳳梨不只是改變了歐洲,在日本人到台灣後,嚐到了鳳梨的香甜滋味,便開始推動鳳梨產業。1903年,岡村庄太郎於鳳山設置岡村鳳梨工廠,生產鳳梨罐頭;後來逐漸形成中部以員林、南部以鳳山為中心的鳳梨生產體系。在1938年時,鳳梨罐頭工廠女工竟然佔了全台灣女性勞動人數三分之一以上呢!光復以後台灣的鳳梨產業也曾在1971年登上世界第一,讓台灣被稱為「鳳梨王國」。但是後來不敵其他國家的競爭,已經由外銷罐頭改為多以內銷鮮食鳳梨為主的型態了。

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