作物育種新方法 基因編輯技術帶來新視野-科學人雜誌 Back to Top
精準育種

作物育種新方法 基因編輯技術帶來新視野

2021/12/17 廣告部企劃製作

林彥蓉小檔案

世界蔬菜中心副主任暨臺灣大學農藝系教授林彥蓉
研究族群、數量遺傳學、作物育種、植物基因體等
▲世界蔬菜中心副主任暨臺灣大學農藝系教授林彥蓉。


當我們一走進市場裡,就可以看到無籽西瓜、甜玉米、珍珠芭樂等蔬果在架上販售,這些我們習以為常的食品,其實都是透過「作物育種」技術所誕生的現代品系。它們各有不同特色:甜度高、果肉多,或更符合在地口味,有些甚至可抗高溫抗旱。


世界蔬菜中心副主任暨臺灣大學農藝系教授林彥蓉解釋,所謂的作物育種,即是為了滿足人類需求,而改良植物的品系,「現在人類不只要吃得飽,還要維持產量、好吃、具備更多營養成份。」有些新品系,還能廣泛應用於食品加工上,帶來更多經濟價值。


然而,科學家要如何製造新品系?關鍵之一就在於雜交,亦即讓不同品系的植物彼此交配,使基因重新配對,因而誕生出具優勢特性的後代。此外,製造新後代不只仰賴雜交,「自然突變」也參了一腳:每一個生物個體在複製自己的基因時,可能會隨機發生突變,即使機率很低,但長久繁衍後,也會誕生出特性迥異的個體。



▲育種遺傳變異上所使用的多種作物修飾技術。

林彥蓉舉例:「以前在來米(稻稈)都很高,颱風一來就會倒伏,導致稻米發芽、產量降低。」為了減少稻稈高度,科學家便從新竹取得一種稱為「低腳烏尖」的水稻品系,這種水稻為適應強風,變得較為低矮。於是科學家把低腳烏尖與印尼另一種高莖水稻雜交,成功培育出具有半矮莖、抗倒伏,同時具有高產量的新品系,品系名是IR8,是亞洲綠色革命重要的作物,因此又稱奇蹟米。


市面上有許多改良品系,都常利用雜交與篩選來獲得。只是這些傳統方法也有缺點,例如研發時間極長,林彥蓉描述:「因為整個過程是隨機的,得花八到十個世代,才能夠篩選到想要的品系。」還得配合田間試驗、大量的統計分析工作,才「可能」在動輒十多年的歲月裡,培育出理想品系。



▲透過雜交方式育種的新品系印度奇蹟米IR8,更能適應強風環境、具高產量。(圖片來源:翻拍自IRRI網站)

不過,在新興精準育種技術出現後,作物育種不再「隨機」,其中一劃時代的是基因編輯技術,「基因編輯有兩個重要工具,一是導引RNA,可以辨認特定的DNA序列;二是Cas9蛋白質,會把辨認的部位剪斷。」DNA被剪斷後,細胞為防止DNA水解,會緊急啟動修復機制,盡快重新連接這段DNA。但在修復時,接上的基因片段有高機率跟原本的不同,於是造成了突變。即使只有一小部份的基因不一樣,製造出的蛋白質功能很可能就會大不相同,甚至完全失去功能。利用這個機制,科學家便能精準改變植物的特性,製造出新品系。


透過基因編輯技術的準確性,可以大幅縮短作物育種的時間,目前世界各地已蓬勃發展這項技術,研發出抗褐化蘑菇、高GABA含量番茄、高產量玉米、高油酸大豆等品系。不過林彥蓉也強調,基因編輯對於作物育種的意義,在於多提供一種可應用的工具,「育種方法就像不同的交通工具,有些景點可以GPS導航開車去(新興精準育種技術如基因編輯);有些則要靠雙腳(傳統育種)才能抵達。」每一種育種工具都有優缺點,唯有互相搭配使用,才能成功培育出符合現代需求的品系,進而改善人們的生活環境。



▲林彥蓉副主任於世界蔬菜中心園區內檢視8個不同品系的地瓜。




欲了解更多新訊,歡迎加入美國黃豆出口協會Line官方帳號:


# 關鍵字:精準育種基因編輯
更多文章
活動推薦更多
追蹤科學人