跳到主要內容

植物染色體甲基化（methylation）與育種之間的關聯

 

DNA甲基化。圖片來源：維基百科

眾所周知，育種（breeding）是將兩個不同的品系的同種生物雜交後，經過選擇找出具備兩者優點的新品系。

聽起來好像不難，但是中間牽涉到很多眉眉角角。以植物為例：首先要知道這個植物的花什麼時候開。有些植物（如水稻）是一大早開花，很快花粉就失去活性，所以要幫水稻雜交一定要早起。而有些植物則是雌雄花在不同的時間點開花（例如南瓜是雄花先開），所以如果運氣不好，可能兩株南瓜連一朵可以授粉的雌花都找不到。更不要說有些植物有所謂的「自交不親和」，如果你想要雜交的兩個品系剛好是同一類型的，那麼就不會成功了。

好不容易完成雜交，接下來的工作就是交給植物了。什麼樣的工作呢？

要產生我們想要的、具備兩者優點的新品系，需要雜交第一代的植物在產生雜交第二代時，父母本的基因發生「互換」。學過減數分裂就知道，在生物產生配子（生殖細胞）時，同源染色體（也就是來自父母的、攜帶同樣的基因的染色體）會發生聯會，而這時候就會有機會染色體之間發生互換。

發生互換以後，才能達成所謂的「我泥中有你，你泥中有我」的境界。但是，科學家發現，不是染色體的任何一個區域發生互換的機率都是相等的。在染色體上的有些區域，特別容易發生互換，被稱為所謂的「熱點」。當然，也有特別不容易發生互換的區域，但是好像就沒有特別的名稱（「冷點」？！）。

到底為什麼會有「熱點」呢？哥倫比亞的科學家們研究了水稻發現[1]，水稻互換的熱點與所謂的「CHH」序列有關。

什麼是「CHH」序列呢？CHH序列指的是DNA中的特定核苷酸序列，其中「H」代表除了G（鳥嘌呤）以外的任何核苷酸（A、T或C）。所以，CHH序列包括CAA、CAT、CAC、CTA、CTT、CTC、CCA、CCT和CCC等多種可能的組合。

研究團隊對於這樣的現象感到好奇，想知道水稻的這個現象能不能進一步擴展到其他的植物；於是他們看了阿拉伯芥、番茄、高粱、玉米[2]。他們收集了這些植物的DNA，分析了甲基化的序列，然後用機器學習模型去找出規律。

結果顯示，在某些植物物種中CHH上下文的甲基化與重組率之間存在正相關，CG和CHG甲基化上下文則顯示出與重組率的負相關。甲基化數據在預測高粱和番茄的重組中特別有效，平均決定係數分別為0.65±0.11和0.76±0.05，這確認了單子葉和雙子葉物種中甲基组的重要性。

雖然研究團隊發現甲基化數據在預測高粱和番茄的染色體重組率方面特別有效，但是對阿拉伯芥和玉米的預測效果卻並不那麼理想。這可能意味著不同植物物種之間在其DNA甲基化與染色體重組率的關聯性上存在差異。

這種差異可能是因為不同植物物種的基因組大小、組成和復雜度存在顯著差異，這可能影響甲基化模式與重組率之間的關聯性。另外，不同物種中CG、CHG和CHH甲基化的分佈和頻率可能有所不同，這可能反映了物種特異性的基因調控和表觀遺傳機制，從而影響重組過程。還有，不同植物物種的遺傳背景和演化歷史可能對它們的甲基化模式和重組行為產生影響，這可能解釋為什麼相同的甲基化指標在不同物種中的預測效果會有所不同。

總而言之，雖然甲基化數據在預測某些植物物種的染色體重組率方面顯示出了特別的有效性，但這種關聯性並不適用於所有物種，這強調了在不同植物物種中探索DNA甲基化與重組率之間關係時需要考慮物種特異性差異的重要性。進一步的研究可能會幫助我們釐清影響這些差異的機制，從而提供更深入的理解和潛在的育種策略。

參考文獻：

[1] Peñuela, M.; Gallo-Franco, J.J.; Finke, J.; Rocha, C.; Gkanogiannis, A.; Ghneim-Herrera, T.; Lorieux, M. Methylation in the CHH Context Allows to Predict Recombination in Rice. Int. J. Mol. Sci. 2022, 23, 12505. https://doi.org/10.3390/ijms232012505

[2] Peñuela, M., Finke, J. & Rocha, C. Methylomes as key features for predicting recombination in some plant species. Plant Mol Biol 114, 25 (2024). https://doi.org/10.1007/s11103-023-01396-8
標籤：

留言

張貼留言

這個網誌中的熱門文章

關於蕃薯，你知道你吃的是什麼品種嗎？

蕃薯（ Ipomoea batatas ）從臺灣人的主食、轉變為副食、又轉變為飼料，最後在養生的風潮下，再度躍上餐桌，成為美食，可有人關心過，我們吃的蕃薯是什麼品種嗎？ 圖片來源： 農委會 上面這張照片裡的蕃薯，中間的TN57與TN66，就是台農57號與台農66號，是臺灣最受歡迎的兩種蕃薯喔！ 台農57號在1955年由嘉義農試分所將日治時代培育出的台農27號與南瑞苕種（Nancy hall）雜交育成。它黃皮黃肉，目前還是全臺灣產量最大的蕃薯。口感鬆軟，適合烤、煮食或製作薯條。主要產地在雲林、台南、高雄。適合在四～十月間種植。台農57號還曾經隨著農技團飄洋過海到史瓦濟蘭去，協助他們解決糧食問題呢！ 至於台農66號呢，就是所謂的紅心蕃薯啦！台農66號是1975年也是由嘉義農試分所選出，1982年正式命名。它是目前栽植最普遍的食用紅肉番薯。在臺灣，幾乎全年皆可栽種，秋冬作五個月可收穫，春夏作四個月就可以收穫囉！ 最右邊的台農73號，就是現在所謂的「芋仔蕃薯」啦！它是在1990年以台農62號（♂）x清水紫心（♀）雜交後，在2002年選拔出優良子代CYY90-C17，並於2007年正式命名。由於肉色為深紫色，所以得到「芋仔蕃薯」的暱稱。本品種富含cyanidin 及peonidin 等花青素，具抗氧化功用。 至於常吃的蕃薯葉，則是以桃園2號與台農71號為主，這兩種葉菜蕃薯都不用撕皮就可以直接煮來吃，而且莖葉不易倒伏，方便農民採收喔！ 如果您愛吃的是蕃薯的加工食品，如蕃薯餅、蜜蕃薯、蕃薯酥，其實他們大多也是用台農57號與66號來加工的喔！ 參考文獻： 蔡承豪、楊韻平。2004。臺灣蕃薯文化誌。貓頭鷹出版。 行政院農委會。 甘藷主題館 。
張貼留言
閱讀完整內容

秋葵（Abelmoschus esculentus）

秋葵。圖片來源： wiki 在杜蘭大學（Tulane University） 讀書時，大學旁邊的「慈善醫院」（Charity Hospital）的餐廳週一固定有的是紅豆飯（red bean and rice），週五則是秋葵濃湯（Gumbo）。 秋葵濃湯的主要材料是秋葵（okra， Abelmoschus esculentus ），還有海鮮。窮學生買不起什麼海鮮，週五吃到秋葵濃湯就覺得很豐盛了。 最近看書，才知道原來秋葵濃湯是源自於當年被抓到美國的黑奴的家鄉菜，秋葵也是被他們帶到美國的。 秋葵濃湯的名字「Gumbo」其實是班圖語（Bantu）「nkombo」，意思就是秋葵。在路易斯安納州，秋葵以及秋葵濃湯也都被稱為gumbo。 秋葵濃湯後來有了一些不同的變化。依照路易斯安納州的族群，有Cajun gumbo與Creole gumbo。Cajun是源自於加拿大，後來搬到密西西比河灣（bayou）居住的法國人後裔，他們的秋葵濃湯裡面會有小龍蝦（crawfish）以及螃蟹；Creole則是居住在紐奧良的西班牙人、法國移民的後裔以及黑人後裔，他們的秋葵濃湯裡面會有蝦子、臘腸與雞肉。 筆者兩種都吃過呢！當年到路易斯安納州時第一次吃到秋葵，覺得很新鮮；回臺灣以後發現臺灣人竟然也吃起秋葵來，覺得有點小訝異。 在路易斯安納州，週一吃 紅豆飯 ，週五吃秋葵濃湯是他們的傳統。 根據 曹銘宗老師的文章 ，才知道秋葵在台灣成為常見的蔬菜，其實是1990年代以後的事；筆者在1992年出國，所以可以據此再把年代縮小一點。 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 秋葵在台灣成為常見的蔬菜，應該是1990年代以後的事。我當記者時常採訪的果菜專家王禮陽，他在1994年出版的「台灣果菜誌」並未提到秋葵。 秋葵在台灣開始受到歡迎，可能受到日本料理的影響，我第一次吃秋葵，就是「野菜天婦羅」及「和風沙拉」，非常嫩滑可口。後來，我在菜市場看到生的秋葵，才了解為什麼英文俗稱秋葵為Lady's fingers（美人指）！ 秋葵的原產地有東北非、西非、南亞的爭議，正式的英文名稱...
張貼留言
閱讀完整內容

《後宮甄嬛傳》之夕顏是什麼？

 在《後宮甄嬛傳》第十七集，甄嬛溜出七夕夜宴，在桐花台遇到果郡王，結果討論起桐花台上的小花。 截圖取自八大電視YouTube頻道 根據甄嬛所說，這小花名叫牽牛花，看花的顏色也的確是（雖然很明顯是假花，這讓人很不滿）；接著果郡王就說，這花另外還有個名字叫做「夕顏」。這一整段其實都錯了。 俗名為牽牛花（ Ipomoea nil ）的植物其實又名「朝顏」（morning glory），是旋花科番薯屬的植物。朝顏是日本人對它的稱呼，因為都是早上開花，中午就謝了，所以被稱做朝顏。所以，七夕夜宴時桐花台角落的小花，既然是晚上還在開，就不可能是牽牛花（朝顏）。 那麼，有沒有夕顏這種植物呢？ 根據網路搜尋的結果，夕顏可能是葫蘆花（瓠瓜花）。瓠瓜（ Lagenaria siceraria ）也稱為扁蒲，總是在傍晚開花，所以就得了「夕顏」這個風雅的名稱。 瓠瓜的花是白色的，所以影片裡的花也不可能是瓠瓜花。 其實看影片裡的植物的型態應該是牽牛花沒錯，但是牽牛花不會在晚上開花；而夕顏也不是牽牛花，瓠瓜也不會開這樣顏色的花。 《後宮甄嬛傳》的布景華麗、人物的妝容精緻，但是植物卻搞了個大烏龍；雖然菊花與牡丹都是真貨，可是這麼重要的夕顏卻完全搞錯，另外幾個荷花出場的地方也全部用了假花，真是可惜。 其實中山大學的顏聖紘老師也曾指出，在第33-34集中，甄嬛請果郡王幫她捉蝴蝶，那些蝴蝶也有許多不是當地的物種。在那個時代，應該不會有洋蝴蝶出現在昌平行宮吧！ 3/8/2022：有讀者來信說，旋花科番薯屬的 Ipomoea alba 也叫做夕顏，是傍晚開花沒錯。  我查了一下，如果根據 英文維基百科 的資料， Ipomoea alba 在中國並沒有分布；但是中文維基的資料卻說中國有。 這讓我有點困擾，一般來說我比較相信英文維基的資料...不知道大家覺得呢？ 當然， Ipomoea alba 的花是白色或粉色的，而劇中的「夕顏」花卻是藍色的，應該不是 Ipomoea alba 。
張貼留言
閱讀完整內容