老葉的植物王國

  圖片取自維基百科。 「機會是給準備好的人。」如果要找一種植物最能詮釋這句話，那就是稻米。 最近的研究發現：早在人類還不會種田的時候，野生稻早已在基因裡累積了無數潛能——不易脫落的穗軸、糯性的澱粉、對冷與病原的耐受力。這些突變不是為人類而生，而是演化在無意間留下的伏筆！ 看文章

  秀貴甘蔗。By Ton Rulkens - Flickr: sugar cane , CC BY-SA 2.0,  現代甘蔗是人類歷史上最重要的糖料作物之一。過去的研究知道，甘蔗應該是在新幾內亞馴化，然後透過航海與貿易，逐漸成為全世界的作物。 近年來，因為生物科技的大躍進，我們知道了許多農作物複雜的馴化歷史。 但是甘蔗這個高倍多元體，卻一直無法透過基因科技來解出馴化史...直到最近！ 看文章

  二粒麥。圖片取自維基百科 馴化對農作物的影響是全面性的。 這個研究 發現，馴化改變了作物的特性，接著作物影響了土壤裡的微生物。

  圖片來源：PLOS ONE 過去檢視禾本科馴化的時間，都是用種子與小穗出現斷裂與否來辨別的，最近的一個研究，中國的研究團隊使用了一個不一樣的標準，將稻米馴化的時間點往前提到與小麥差不多的時間。至於要不要接受這個定義？就看讀者的想法囉！ 看文章

  圖片來源： The Plant Cell 提到作物馴化，你想到什麼呢？ 作物馴化是一個關於人類如何選擇和培育植物以滿足飲食和農業需求的故事，它不僅是改變植物某些特徵（如更大的果實或種子，以及更高的產量）使其更適合人類消費而已，還涉及到植物與環境的互動，以及這些互動如何隨著時間而演變。 研究團隊分析了203種已馴化的作物，包括穀物、果樹、塊根作物和葉菜類等。這項分析發現了作物馴化特徵在不同種類的作物中的變異性，這些變異性取決於作物的生物學特性、人類利用植物的部分以及當地的氣候條件。 作物馴化的影響可以從三方面來看。 第一，在馴化性狀和症候群上，可以看到作物在馴化過程中常見的物理特徵變化，如種子不脫落和植物結構的變化，這些變化使作物更易於人工收穫和栽培。 作物馴化過程中最常被應用並選擇改進的部位包括種子、根、葉、果實等。許多穀物作物如水稻、小麥和玉米等，都表現出增加種子大小和非脫粒性的特徵，這有利於收穫和儲存；在一些根莖類作物如甘藷和木薯等，選擇了增加儲藏根的大小和澱粉含量，使其更適合食用或加工；而甘藍和菠菜等葉菜類作物，經常選擇以增加葉片大小或改進口感和營養價值為目標。最後，許多水果和蔬菜作物，如番茄和辣椒，人為選擇造成果實大小增加、口感與/或顏色改善。 這些改進通常旨在增加產量、改善口感、外觀和其他人類食用或使用時視為重要的特性。每種作物的具體選擇目標依其用途和栽培環境而異。 第二，在遺傳結構上，研究發現支撐這些性狀變化的遺傳基礎，早期的研究認為是單一基因的變異，但現在的證據顯示許多馴化特徵是由多個基因共同作用的結果。 以稻米來看，早期研究認為 Sh1 對控制種子落粒有重要作用。然而，最新的證據支持多基因控制這一性狀，表明落粒性狀的遺傳結構比先前認為的要複雜；另外，玉米中的 Tb1 （ teosinte branched1 ）基因原本被認為是控制植物架構的主要基因，其功能改變使得玉米出現較少的側枝（分枝），這有助於增加每株植物的穗數，從而提高產量。但進一步的研究發現，其他多個基因也參與了植物架構的調控，顯示了這一性狀的多基因性質。 第三，從生態學的角度來看，馴化不僅影響作物本身，也影響了作物與其生態系統中其他生物的關係，例如作物如何影響土壤中的微生物群落或吸引特定的授粉昆蟲等等。如不同品系的大麥，其根部分泌物不同，就造成根圈微生物體也...

  圖片來源： PNAS 玉米（ Zea mays ）於9,000年前在墨西哥西南部開始馴化。過去的研究也已經知道，玉米的祖先是大芻草（teosinte）。 過去科學家們認為，玉米是在中美洲完成馴化後，才向南美洲傳播的；但最近美國與英國的研究團隊在洪都拉斯的發現，推翻了這個認知。 在洪都拉斯的El Gigante rock shelter有橫跨一萬一千年的植物殘骸。科學家們嘗試著定序其中三十個樣品，但只有三個樣品適合被定序。這三個樣品大約都是兩千多年前的樣品。 分析序列的結果發現，玉米在中美洲開始馴化後兩千年開始傳播到南美洲，後來中美洲的「新」品系又被人類攜帶到南美洲，並與南美洲當地的品系雜交；雜交後的玉米有些又被帶回中美洲。 這個發現顯示了，作物的馴化是一種動態的變化，隨著人類的移動，共生物種（commensal species）被帶到新的地點繁殖，也與當地原有的作物品系發生雜交，再產生新的品系；而後當人類再度遷移時，新品系的作物又再度被帶到下一個地點... 參考文獻： Logan Kistler et al. Archaeological Central American maize genomes suggest ancient gene flow from South America. PNAS, published online December 14, 2020; doi: 10.1073/pnas.2015560117

玉米。圖片來源： Wikipedia 玉米（ Zea mays ）原產於中美洲墨西哥的特瓦坎谷地（Tehuacan Valley），為一年生禾本科草本植物，也是全世界總產量最高的重要糧食作物。目前的許多證據都支持玉米大約在一萬年前自大芻草（teosinte，蜀黍）馴化，但是當我們把大芻草與現代玉米放在一起看的時候，很少人能夠聯想到它們之間的關係！ 大芻草（右）。圖片來源： Wikipedia 大芻草與玉米的差別極大，代表了在馴化的過程中可能牽涉到了不少的改變。不過，在過去的環境中，大芻草的型態應該跟我們現在看到的「一堆草」有相當的差別；這在2014年的研究已經證實，在仿古氣候（攝氏20.1到22.5度，260ppm的二氧化碳）下生長的大芻草，型態比較類似現在的玉米（1）。 這說明了它在一萬多年前能夠得到人類青睞的原因。畢竟，如果長得像一堆草，加上種子又少又不起眼，很難想像會有誰那麼「飢不擇食」地想吃它。 大芻草（左）與玉米（右）。 圖片來源： Wikipedia 不過，任何野生植物一旦雀屏中選，成了人們的盤中飧後，接著就會開始受到人的影響。我們喜歡果實大的品種，所以在種植的時候會留下果實大的明年再種；我們懶得一直彎腰撿掉在地上的果實，所以成熟後會自然掉落地面的，就會被我們忽略；我們喜歡味道好的，所以有苦味的品種便被我們給忽略掉了。 玉米在被人們端上桌以後，也歷經了極大的轉變。但是，到底那些基因是分別在什麼時間點受到人擇的影響，就必需要有古代的樣本才能比較了。雖然近年來定序古基因體的技術已經相當成熟，但沒有樣品，也只能望而興嘆。由於植物不具有動物的骨骼，使得要在古代的植物樣本中找到殘存的組織極不容易；更不要說可以定序了。雖然有如大芻草等類似活化石可以比較，但如果能找到介於大芻草與現代玉米之間的樣本，又能從其中取得基因體的資料來進行比較，絕對可以讓我們更了解，到底在植物與人們的互動中，重要的變化是如何發生、何時發生的？ 位於美國麻省的 羅伯特·皮博迪考古博物館（Robert S. Peabody Museum of Archaeology） ，剛好就收藏了這樣的一個古老的樣品，而且裡面竟然還有足夠的組織可以讓研究團隊進行基因體的分析。這個樣品在1960年代就已經被發現，並收藏在博物館裡了。研究團隊以質譜儀進行年代測定後，發...