老葉的植物王國

  又大又紅的番茄卻不甜，怎麼回事呢？圖片取自維基百科 現代番茄雖然個頭越來越大，但味道卻不如從前。原來，這是我們過去育種過程中一些「自作孽」的選擇造成的。比如，為了讓番茄看起來更漂亮，育種家選擇了能讓整顆番茄均勻變紅的基因，卻不小心降低了番茄累積糖分的能力。另外，果實變大的基因也會讓甜度降低，畢竟植物每天產生的養分是有限的，要麼養大個子，要麼存糖分。 但最近，科學家們找到了突破這個限制的方法！他們發現了兩個關鍵基因，這些基因會抑制番茄中負責製造糖分的酵素。當研究團隊把這兩個基因關掉後，神奇的事情發生了：番茄的糖分含量提高了30%，但果實的大小卻幾乎沒有改變！ 雖然這種改良番茄的種子數量會稍微減少一些，但對整體產量並沒有影響。這項突破性的發現意味著，我們終於可以在不犧牲果實大小的情況下，讓番茄變得更甜美可口。 這個研究不僅為我們帶來了對更美味番茄的期待，也展示了現代基因編輯技術如何幫助我們突破作物改良的瓶頸。或許在不久的將來，我們就能在市場上買到這種既大又甜的完美番茄了！ 本篇 為付費文章，2024/11/15早上8-12之間可免費觀看。

  圖片來源： 維基百科 在人類歷史上，小麥一直是糧食生產的重要作物。從一萬兩千年前被首次馴化，到現在全球廣泛栽培的高產品種，小麥的旅程豐富且引人入勝。最近的一項研究顯示了小麥在現代育種過程中的變化，研究團隊對355種小麥品種進行了全基因組定序。這項大規模的研究不僅涵蓋了175種現代栽培品種，還包括180種不同的土著品種，來自14個國家。 這項研究的發現顯示，相比於古老的土著品種，現代小麥品種的基因多樣性下降。這一變化可能是由於現代育種技術的使用，旨在改善作物的產量和品質。研究者利用先進的基因體學技術，對這些小麥品種進行了深入分析，識別出與小麥重要農藝性狀相關的207個基因位點。 這些性狀包括植株高度、開花時間、穗長度等，這些都是影響小麥產量和適應性的關鍵因素。有趣的是，研究發現許多有益的基因變異在現代栽培品種中更為常見，如「 Reduced height-2 ( Rht2 )」、「 FRIZZY PANICLE ( WFZP )」和「 PHOTOPERIOD 1 ( PPD1 )」。這些基因與小麥的特定性狀有關，例如植株高度、穗型和開花時間。這顯示育種過程已經成功地增加了這些有益基因版本出現的頻率。 此外，研究還發現，在中國和美國的小麥育種中，雖然目標相似，但所選擇的基因有所不同。這反映了不同地區育種策略的差異，以及對不同環境條件的適應性。 具體而言，有些基因在中國和美國兩國的育種計劃中都被選擇了，這些包括控制生長和發育的六個已知基因： Vrn2 、 TaFT3-1 、 TaFT4-1 、 TaGRP-2 、 TaVRT-2 和 TaAGL12 。 另外，在中國 PPD1 （光週期基因）和 Vrn3 （凍害基因）被選擇。在美國，MADS-box基因 TaSEP3-A1 被選擇。 TaGW8-7B 基因的不同同源等位基因在不同國家被選擇， TaGW8-7D 在中國被選擇，而 TaGW8-7A 在美國被選擇。 TaGW8 基因與小麥的穀粒大小（也就是產量）有關。 在所選擇的基因區域中，有5428個基因在中國和美國的育種計劃中都被選擇，顯示了兩國間共享的育種目標。這些基因與植物架構、生長期、澱粉合成、對葉病的抵抗力和最終產品質量等方面有關。 這項研究不僅顯示了小麥基因組的演化過程，也為未來的小麥育種提供了寶貴的資訊。了解這些基因變化有助於我...

  杜蘭小麥。圖片來源： 維基百科 。 氣候變遷造成洪水、乾旱、熱浪等天災出現得更頻繁，也會刺激造成病蟲害病菌與害蟲的繁殖。這些對於糧食生產都會造成重大影響，因為現在種植的作物品系，都是過去培育出來的，而過去並沒有這麼多的天災，病蟲害或許也不那麼劇烈。因此，培育可以耐洪水、乾旱、熱浪、病蟲害等的新品系，就成為當務之急。 但是，過去的這些作物品系，都是從數千年前乃至一萬年前的某一或某些品系雜交培育出來的，如果繼續以它們為父母本，真的能夠培育出具有這些特性的新品系嗎？ 這讓科學家們將眼光轉向這些作物的野生種。這些作物的野生種們原本都是野草，目前有許多仍存在於野外。在沒有人呵護它們的狀況下，這些野草們繼續過著自立自強的生活，是否在這長久的歲月中，又取得了什麼特殊能力呢？或者說，在野草們被人類選擇並育種成為作物的過程中，會不會有些耐天災、抗病蟲的基因也無意識地被選掉了呢？畢竟育種通常只會著眼於少數的性狀，其他沒有著眼的性狀（如耐天災、抗病蟲），就算被篩選掉了也不知道。 因為想要知道從野生種取經是否可行，一個國際的研究團隊選取了杜蘭小麥（ Triticum durum ）的野生種與栽培種進行比對。為什麼選取杜蘭小麥，是因為這種小麥是製作義大利麵的原料。杜蘭小麥蛋白質含量超過13%，為所有小麥品系中最高筋的，在國際市場上的價值也最高。 研究團隊比較了60個不同品系的杜蘭小麥。第一組的20個是來自九個不同國家（包含了澳洲、美洲、歐洲與非洲）的杜蘭小麥品系，第二組的20個則是由國際乾旱地區農業研究中心（ICARDA）開發出來的新品系，第三組的20個則是將杜蘭小麥與野生種雜交後取得的品系。 比較的結果發現，第三組有三分之一的品系可對抗小麥葉枯菌（ Zymoseptoria tritici ，引起麥類葉斑病），但是無法抵抗由 Pyrenophora tritici‐repentis 引起的黃斑病。 而在抗旱與耐熱上，第三組在乾旱的狀況下果實顯著地較其他兩組大，在高溫時的產量比其他兩組要高了42%。而在缺氮的狀況下，第三組表現得也比另外兩組要好得多。 聽起來第三組好像很棒是不是？但是當研究團隊試著用這三組的杜蘭小麥來製作義大利麵時，第三組卻是最不適合製作的。真漏氣。 當然，這個研究只是開始而已，畢竟育種是長期的努力，未來育種專家們應該可以從第三組的杜蘭小麥品系、或從其他與野生種雜...

美國是玉米的國度。翻開「雜食者的兩難」第九十四頁，你會看到「實際上，我們每人每年消耗一公噸的玉米」這句話。這一公噸當然不是「啃」下肚的：它以動物飼料、高果糖糖漿、玉米餅、玉米粉等型態，或直接或間接地進入你的體內。 不同品種的玉米。圖片來源：wiki 如果回頭看四千年前北美並不產玉米，現在玉米如此的普及也真是令人驚訝。但是北美洲真的不是玉米的原鄉！玉米（ Zea mays ）原產於中美洲，它的祖先是大芻草（teosinte）。但是，大芻草長得跟玉米還有相當的落差；雖然在遠古的氣候與二氧化碳濃度下培育的大芻草，與現代的玉米有相像之處（詳見「 大芻草真的是玉米的祖先嗎？ 」），但還是存在著差異的。 這個差異，是數千年來育種的結果。大芻草原產於墨西哥中部，大約在六千到一萬年前馴化。四千年前它首次出現在美國的東南部，但究竟它是沿著太平洋海岸而來，或是由墨西哥中部的高地傳播到美國呢？ 為了解開這個謎團，來自哥本哈根大學（University of Copenhagen）的研究團隊，將來自七個不同考古位址的32個玉米芯進行定序。這些玉米芯橫跨了五千年的光陰，品種也不相同。 玉米的前世（左）與今生（右）。圖片來源： Science 定序的結果發現，四千年前首先傳入美國的玉米，是來自於高地的品系；兩千年以後，玉米的基因中，開始混入由太平洋海岸傳入的品系。由於海岸與高地玉米是兩種不同的品系，而海岸品系的玉米對美國東南部的乾燥氣候可能也有適應不良的問題，農夫們開始進行雜交與育種，試圖培育出更能適應乾燥氣候的玉米。 不過，首先育種成功的品系倒不具有耐旱的特性，而是不落果（shattering， zagl1 ）品系。對植物來說，瓜熟蒂落才能成功地散佈種子，但是這卻會使農夫收穫困難。接著耐旱品系才出現（筆者按：由於玉米是C4植物，原本就比較耐旱，而掉在地上的果實就不會被收集，或許這也是不落果首先被篩選出來的原因吧？）。最後，大約一千年前，才有好吃又營養的玉米品系被培育出來。 從這些資料裡，可以看到即使是玉米這樣較為近代才馴化、育種的作物，都有這樣複雜的歷史；如小麥、稻米等作物，他們的演進就更加複雜了。種植作物的人，或有心、或無意，使作物有了今天的風貌，在我們吃著好吃又營養的「大」玉米時，遙想那比玉米筍還小的大芻草的果實，能不神往乎？ 參考文獻： ...