快訊

偽出國熱!桃機擬推「搭機環島」 下機可買免稅

科大是高職教育的延伸?該開放高中生報考統測嗎?

「疫」想不到香蕉危機!中研院用「香蕉身分證」抗病及守護臺蕉專利權

香蕉便宜又美味,不需要一邊吃一邊吐籽。臺灣的香蕉在國際上更是高級蕉代表,被譽為香蕉王國。
圖片來源│iStock
香蕉便宜又美味,不需要一邊吃一邊吐籽。臺灣的香蕉在國際上更是高級蕉代表,被譽為香蕉王國。
圖片來源│iStock

抗黃葉病品種的分子標誌

「以前只會吃香蕉,不會特別關心香蕉。」中研院農業生物科技研究中心陳荷明副研究員,過去研究主題無關香蕉,也沒有想過自己有一天會研究香蕉,但有鑑於香蕉黃葉病影響甚鉅,加入了研究的行列。她帶領團隊運用基因序列資料分析,找到鑑定臺灣抗黃葉病香蕉品種的分子標誌,保障臺灣香蕉的品種專利權。跟著研之有物一起來了解!

採訪編輯|張容瑱;美術編輯|林洵安

處處買得到的香蕉,好吃、便宜又很方便,剝開皮就可以吃,兩三口就吞下肚,因為果肉裡沒有籽,不需要一邊吃一邊吐籽…… 等等!你有沒有想過:香蕉沒有籽,怎麼繁衍下一代?

香蕉,其實有籽……

切開香蕉,果肉中軸附近有一些黑點,有些比較明顯,有些幾不可見。這些黑點正是香蕉已退化或發育不良的種子。因為市面上的食用香蕉大多是三倍體,也就是有三套染色體的華蕉。三倍體的香蕉會開花、會結出果實,但沒辦法發育出正常的種子。

人類是二倍體,有兩套染色體,一套來自父親、一套來自母親。像香蕉這樣染色體超過兩套的,稱為「多倍體」,這在動物界很少見,在植物界卻相當普遍,像小麥是六倍體,草莓則是八倍體。由於多倍體結的果實通常比較大,而且相較於二倍體來說,有更多染色體可儲存基因,具備比較多樣的性狀,在農業上有許多應用價值。而且三倍體的香蕉種子會退化,能讓果肉吃起來柔軟滑順。

有些香蕉仍有明顯種子,它們是二倍體、四倍體,種子又黑又硬、大小如木瓜籽。三倍體的香蕉,則是二倍體和二倍體,或是二倍體和四倍體香蕉雜交而來,例如:一個二倍體親代提供一套、另一個二倍體親代提供兩套,結合成三倍。三倍體香蕉種子不能正常發育,只剩下種皮。資料來源│ 蘇柏諺 (陳荷明實驗室)圖說重製│林洵安
有些香蕉仍有明顯種子,它們是二倍體、四倍體,種子又黑又硬、大小如木瓜籽。三倍體的香蕉,則是二倍體和二倍體,或是二倍體和四倍體香蕉雜交而來,例如:一個二倍體親代提供一套、另一個二倍體親代提供兩套,結合成三倍。三倍體香蕉種子不能正常發育,只剩下種皮。
資料來源│ 蘇柏諺 (陳荷明實驗室)
圖說重製│林洵安

沒有種子,怎麼繁殖?香蕉採用「營養繁殖」,利用從塊莖冒出來的「吸芽」產生新的植株。栽種時,農民可直接挖取母株旁邊由吸芽發育長成的小香蕉樹,移植到另外的田地上,或是向蕉苗場購買利用組織培養產生出來的香蕉苗。無論用哪一種方式栽種,母株和子株的基因幾乎是一樣的,保障香蕉的優良品種。

但,保留品種的反面,即缺乏基因多樣性。一旦現存品種對於某種疾病沒有抵抗力,即將面臨全面性的滅種危機……


黃葉病:香蕉的瘟疫

香蕉大滅絕,沒有香蕉吃——這可不是危言聳聽,而是真實發生過。一百多年前中南美洲主要栽種的香蕉品種是「大米七」,雖然外皮比較厚,但是香氣濃郁,果肉超甜,據說比現在的華蕉更美味。1900 ~ 1960 年間,香蕉黃葉病肆虐,導致大米七幾近滅絕。

香蕉黃葉病又稱「巴拿馬病」,是一種叫做「尖孢鐮刀菌古巴專化型」的真菌所引起,這種真菌能以 (厚壁) 孢子的型態在土壤裡存活超過三十年,經由土壤、灌溉水或附著在農具或車輛上,四處傳播、感染栽種在田裡的香蕉。罹病的香蕉會由下方老葉葉緣先黃化,然後逐漸擴大,最後整株枯萎死亡。罹病的香蕉植株如果隨意丟棄,也會傳播病菌,難以防治。

所幸,後來可抗黃葉病的華蕉取代了大米七,成為目前全世界主要栽種的品種,人們才又有香蕉可以吃,臺灣的主力品種「北蕉」就是屬於華蕉。

然而,黃葉病的威脅並沒有遠離。1967 年臺灣屏東縣佳冬地區的蕉園首次出現熱帶第四型黃葉病,罪魁禍首是尖孢鐮刀菌古巴專化型的第四型生理小種。華蕉雖然可以抵抗舊型的黃葉病,卻無法抵抗這種新型黃葉病。1990 年代,新型黃葉病繼續入侵東南亞,2013 年證實已入侵南亞、中東、非洲及澳洲的香蕉園!


香蕉研究所,培育抗黃葉病品種

至此,全世界無不想辦法拯救香蕉的滅種危機,其中包括培育能抵抗新型黃葉病的香蕉新種,例如:台灣香蕉研究所培育的寶島蕉(又稱台蕉四號)、台蕉五號和七號,其中台蕉五號在臺灣、寶島蕉在菲律賓皆已有商品化,除了抗病,也直接有經濟產值。一旦華蕉全面性的毀滅降臨時,這些可抗新型黃葉病的品種將會成為蕉農的救星。因為尖孢鐮刀菌很難用殺真菌劑殺死,又能潛藏在土壤中數十年,難以從田地中清除,改種抗病品種可說是解除黃葉病威脅最好的策略之一。

三倍體的華蕉,雖然會開花,但花無法受孕產⽣種⼦,因此必須以組織培養孕育新種。台灣香蕉研究所的研究員,在香蕉苗的組培階段,誘導植株突變,增加基因多樣性,再將香蕉苗種回疫區田間,挑選出存活的抗病栽培種,最終培育出可抗黃葉病的寶島蕉、台蕉五號、台蕉七號。資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)圖說重製│林洵安
三倍體的華蕉,雖然會開花,但花無法受孕產⽣種⼦,因此必須以組織培養孕育新種。台灣香蕉研究所的研究員,在香蕉苗的組培階段,誘導植株突變,增加基因多樣性,再將香蕉苗種回疫區田間,挑選出存活的抗病栽培種,最終培育出可抗黃葉病的寶島蕉、台蕉五號、台蕉七號。
資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)
圖說重製│林洵安

問題來了!未來如果將抗病品種推廣到其他國家,必須防範別的國家買了少量香蕉幼苗後,利用組織培養大量盜用。但過往作物多由植株或果實的外型做為分類,不容易分辨,爭議時也較難舉證。

為此,陳荷明研究團隊發揮基因序列資料分析的專長,找到了寶島蕉、台蕉五號和七號 DNA 上特殊的序列,一旦有人盜用,就能從這些獨特的 DNA 序列,也就是分子標誌,鑑定出該品種是否源自台灣香蕉研究所。


香蕉的身分證:具專一性的分子標誌

想要正確區隔出品種,分子標誌必須有專一性,以達到可信任的辨別度。陳荷明的研究團隊先把香蕉會表現的基因定序出來,利用電腦程式比對北蕉和抗病品種,找出哪些 DNA 序列不一樣,將有差異的序列一個個挑出來,進一步比對各個品種之間的差別,從中選出單一品種特有的分子標誌,作為鑑定品種的依據。

定序之後,比對寶島蕉與北蕉的基因序列,找出不一樣的地方做為寶島蕉的分子標誌候選者。再將候選的分子標誌和台蕉五號、台蕉七號及常見的栽培品種的序列比對,找出只有寶島蕉才有、其他品種都沒有的最佳分子標誌。研究團隊會為一個品種挑選大量分子標誌,再三確認,以確保可信度。資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)圖說重製│林洵安
定序之後,比對寶島蕉與北蕉的基因序列,找出不一樣的地方做為寶島蕉的分子標誌候選者。再將候選的分子標誌和台蕉五號、台蕉七號及常見的栽培品種的序列比對,找出只有寶島蕉才有、其他品種都沒有的最佳分子標誌。研究團隊會為一個品種挑選大量分子標誌,再三確認,以確保可信度。
資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)
圖說重製│林洵安

找到各個品種特有的分子標誌之後,陳荷明的團隊開發出兩種鑑定分子標誌的方法。

方法一:使用限制內切酶切割特定 DNA 片段。限制內切酶可與特定的 DNA 序列結合,將序列從中間切斷。它的專一性很高,如果序列有一點點不一樣,它就沒辦法結合、切斷序列。再用電泳法分離切割後的 DNA 片段,片段越小跑得越遠,如此一來,從電泳圖上條帶的數量和位置即可鑑定品種。

實際做法是:挑選一個 DNA 片段,如果受測基因序列屬於一般北蕉(不抗新型黃葉病),片段會被切斷,電泳會出現兩條線(代表被切斷後兩個較小片段)。如果這段基因序列屬於抗新型黃葉病的台蕉(如寶島蕉),片段無法被切斷,就會多出一條代表完整片段的線。這種方法費用相對便宜,而且不到三個小時就能知道結果。但不是所有找到的品種特有序列,皆能找到適當的限制內切酶來分辨。

以一般北蕉來說,用特定限制內切酶去切特定分子標誌所在的 DNA 序列,北蕉的 DNA 序列會被裁切成兩段,跑電泳後,電泳圖下方出現兩條條帶,表示較短的兩個片段。資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)圖說重製│林洵安
以一般北蕉來說,用特定限制內切酶去切特定分子標誌所在的 DNA 序列,北蕉的 DNA 序列會被裁切成兩段,跑電泳後,電泳圖下方出現兩條條帶,表示較短的兩個片段。
資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)
圖說重製│林洵安

寶島蕉該處的 DNA 序列與北蕉有差異,限制內切酶無法切斷 DNA 序列,跑電泳後,可發現電泳圖多出一條完整片段的條帶,形成三條色帶。為什麼不是一條線,而是三條線?北蕉有三套染色體,但變異通常只發生在其中一條染色體上,所以無法被裁切的序列大概只有三分之一,另外三分之二還是會被裁切。資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)圖說重製│林洵安
寶島蕉該處的 DNA 序列與北蕉有差異,限制內切酶無法切斷 DNA 序列,跑電泳後,可發現電泳圖多出一條完整片段的條帶,形成三條色帶。為什麼不是一條線,而是三條線?北蕉有三套染色體,但變異通常只發生在其中一條染色體上,所以無法被裁切的序列大概只有三分之一,另外三分之二還是會被裁切。
資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)
圖說重製│林洵安

方法二:經由聚合酶連鎖反應大量複製分子標誌的 DNA 片段,然後以「桑格定序法」(Sanger sequencing),進行專一性片段的定序。簡言之,桑格定序能直接檢測出 DNA 片段上 ATCG 四種鹼基的排列順序(一般交由提供定序服務的廠商處理),檢查序列上特定位置是否有變異,就可以確認品種。

桑格定序法費用較高,定序時間比較久,但準確性高,目前陳荷明提供香蕉研究所的品種特有分子標誌,都能以桑格定序來檢測。

舉例來說,北蕉有一段序列是 GAAT,台蕉五號為 GACT,第三個鹼基的位置,在北蕉為 A,在台蕉五號則突變為 C,以此段序列作為鑑定台蕉五號的分子標誌。把未知品種該處的 DNA 片段拿去定序,測定出來的序列如果包含 GACT,就能知道該品種為台蕉五號。資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)圖說重製│林洵安
舉例來說,北蕉有一段序列是 GAAT,台蕉五號為 GACT,第三個鹼基的位置,在北蕉為 A,在台蕉五號則突變為 C,以此段序列作為鑑定台蕉五號的分子標誌。把未知品種該處的 DNA 片段拿去定序,測定出來的序列如果包含 GACT,就能知道該品種為台蕉五號。
資料來源│蘇柏諺 (陳荷明實驗室)
圖說重製│林洵安

創新的檢驗方式,研發開端可謂篳路藍縷,除了要整合多種現有序列分析工具,嘗試不同參數設定,甚至得自行編寫程式!由於要比對的序列非常龐大,沒辦法用人工逐一比對,必須靠電腦運算。不是資訊背景出身的研究助理侯博瀚,自學程式設計,編寫程式比較北蕉與抗病品種間序列差異,實驗才能進行。之後,博士後江明豪和研究助理蘇柏諺針對找到的北蕉與台蕉差異序列,以多個在地及國際常見香蕉品種,進行廣泛地測試,終於驗證分子標誌的專一性。

那麼,陳荷明團隊的下一步呢?「既然找到抗病品種的特殊序列,是否能從其中找到抗黃葉病的基因呢?」事實上,確認抗病品種的分子標誌來區分香蕉品種,只是最基礎的工作。陳荷明和許多與黃葉病對抗的科學家正分頭努力,最終希望找到香蕉抗黃葉病的基因,掌握抗病的機制,幫助香蕉擊退黃葉病,讓蕉農有香蕉可種,民眾永遠有美味又方便的香蕉可享用。


本文為中央研究院研之有物,以創用 CC 姓名標示–非商業性–禁止改作 4.0 國際 授權條款釋出。授權刊登於聯合新聞網「閱讀」頻道。原文為「香蕉有身分證?找到抗黃葉病品種的 DNA 特徵,保護台蕉專利權」,未經同意,請勿轉載。


香蕉 基因 DNA 古巴 屏東縣

相關新聞

「鏢局」俠客如何行走江湖?朝廷文書一解身世之謎

「武林至尊,寶刀屠龍,號令天下,莫敢不從!」屠龍刀為《倚天屠龍記》揭開序幕,隨寶刀一同出場的「龍門鏢局」,也就此捲入江湖腥風血雨,帶出高潮迭起的劇情。然而考據歷史,「鏢局」現身在金庸此劇裡,其實存在著意想不到的歷史疑義。「研之有物」專訪中研院歷史語言研究所陳熙遠研究員,透過明清檔案文書,帶你一同揭開歷史上鏢局俠客的身世之謎。

國家級女神──媽祖,如何成為臺灣最強天后?

「三月瘋媽祖」是臺灣獨有的宗教文化。媽祖信仰跨過黑水溝,在臺灣落地生根後,發展出本土在地特色,包括進香遶境、湄洲謁祖、Q 版公仔、媽祖神像,連「媽祖」這個稱號都十足臺灣味!天上聖母如何成為臺灣守護神?媽祖信仰又是怎麼長出在地本土味?研之有物專訪中研院民族學研究所張珣研究員,帶你一同來了解。

防疫比你想的還老派?回顧疾病史研究的歷史省思

「一覺醒來,整個世界都不一樣了。」新冠肺炎讓全球史無前例停工封城,在我們明確意識之前,疾病已經成為全球化的一環。但回顧醫學史,這並不是人類第一場瘟疫大戰,疾病不時大舉來襲,統一各洲;人類也不斷尋找各種抗疫手法,延續至今。「研之有物」專訪中研院歷史語言研究所李尚仁研究員,梳理歷史切片中人類面對瘟疫的變與不變,提供當前的我們歷史縱深的省思。

【臺灣服飾誌】明鄭時期的水軍穿什麼?

在面對反清復明時,與清朝抗衡的武裝,除了南明遺民的勢力外,還有鄭芝龍遺留下來的私人武力。由於當年的鄭家水軍圖像難以找到,因此參考了明朝時期水軍的出土塑像,介紹一些水軍的配件與其裝束。

妝點臺灣老屋記憶 鐵工師邱宏鎰:「有鐵窗花,才有家的感覺!」

時間拉回1920年代,鐵窗花開始隨著西洋現代建築來到這座島嶼,開始在家家戶戶綻放。由於早期房屋的防盜需求,鐵窗開始在臺盛行,而以黑鐵為材料的鐵窗,其軟質地和可塑性更讓鐵工師傅得以彎折、鍛造,把屋主的想像與願望做成一扇扇的鐵窗花,讓每一戶人家都能擁有屬於自己的圖騰意象。

【職人書單】與書為伍的職人 :王聰威、蔡瑞珊、鄭俊德

國立公共資訊圖書館舉辦「職想閱讀」活動,邀請全民以「閱讀」來做為起點,走出框架之外,看看不同職人閱讀不一樣的書,一邊「職」涯探索,一邊發現屬於自己的夢「想」! 本篇內容整理3位職業需要大量閱讀,與書為伍的讀書人,為大家推薦大人、小孩都適合閱讀的好書清單。

【臺灣服飾誌】明鄭時期的延平王穿什麼?(常服)

「延平王」,乍聽之下很像指鄭成功的「延平郡王」,但事實上,「延平王」是一個位階。明朝滅亡後,剩餘的明朝宗室在南方成立了南明政權。而鄭成功來臺之後,便是遵從南明政權,以郡王的位階,在臺灣繼續為反清復明努力。那麼當時的「延平王」穿什麼呢?

「疫」想不到香蕉危機!中研院用「香蕉身分證」抗病及守護臺蕉專利權

「以前只會吃香蕉,不會特別關心香蕉。」中研院農業生物科技研究中心陳荷明副研究員,過去研究主題無關香蕉,也沒有想過自己有一天會研究香蕉,但有鑑於香蕉黃葉病影響甚鉅,加入了研究的行列。她帶領團隊運用基因序列資料分析,找到鑑定臺灣抗黃葉病香蕉品種的分子標誌,保障臺灣香蕉的品種專利權。跟著研之有物一起來了解!

【臺灣服飾誌】清領前期的糖廠工人穿什麼?

這張人物形象出自清初年間〈番社采風圖──糖廍〉,雖然這卷番社采風圖大多是描述當年帶平埔族群的生活現狀,但此張「糖廍」卻是其中描述漢人生活的樣貌。那麼當時的漢人工人穿些什麼呢?

獄中習禁忌,跨語為文學:楊逵《新生筆記簿》

在他的獄中筆記「新生筆記簿」當中,我們看見著名的文學家與社會運動者楊逵在政局轉換之際,如何承受另一個威權的壓抑,並重新適應新的政治規則,以暸解自己在各種言喻限制下,要如何從事可能的抵抗。

誰說漂亮無用?美麗大使拚外交,臺海兩岸選美擂臺不能輸!

你知道外交雪崩潮嗎?1970年代,中華民國業力引爆,斷交狂潮襲來,邦交國數量失速下墜,兩岸在國際間「愛我還是他」的「中國」代表權之爭漸漸分出強弱態勢。

熱帶神經衰弱、南洋呆?日治時期在臺日人負面標籤的成因與時代意義

日治時期,「熱帶神經衰弱」於在臺日人之間流行,影響範圍小從個人生產力,大到南進政策的廢存。藉由研究「熱帶神經衰弱」理論上的演變,中研院史語所的巫毓荃助研究員發覺,這不只是單純的生心理疾病,更牽涉在臺日人如何於臺灣殖民社會中,面對殖民地生活、政治與文化的難題及尋找身分認同。

熱門新聞

商品推薦

udn討論區

0 則留言
規範
  • 張貼文章或下標籤,不得有違法或侵害他人權益之言論,違者應自負法律責任。
  • 對於明知不實或過度情緒謾罵之言論,經網友檢舉或本網站發現,聯合新聞網有權逕予刪除文章、停權或解除會員資格。不同意上述規範者,請勿張貼文章。
  • 對於無意義、與本文無關、明知不實、謾罵之標籤,聯合新聞網有權逕予刪除標籤、停權或解除會員資格。不同意上述規範者,請勿下標籤。
  • 凡「暱稱」涉及謾罵、髒話穢言、侵害他人權利,聯合新聞網有權逕予刪除發言文章、停權或解除會員資格。不同意上述規範者,請勿張貼文章。