隨著世界人口快速增長，對食物供給的需求也不斷增加，但由於氣候變遷的加劇所造成糧食產量下降的情況，已讓「糧食安全和永續供應」成為全人類必須共同面臨的重要課題。 　　日本豐橋工業大學機械工程系的研究小組運用微流體晶片技術（microfluidic chip technology）開發出一種能提早發現和預防作物疾病的多重基因檢測設備，這項研究的主要目的是在研發一種診斷技術，用來支持高效率且穩定的優質農作物生產，讓即便是沒有特殊專業知識、技能的一般農業生產者，也能以基因的角度，用輕鬆、快速的方式在場域中即時檢測植物病蟲害。新型恆溫式圈環形核酸增幅法（Loop-mediated isothermal amplification，LAMP）是檢測目標核酸（DNA或RAN）的常用診斷方法之一，無需使用昂貴儀器和精準的溫度控制進行PCR分析，在恆定溫度下即可擴增目標基因，因此其在研發方便使用的檢測工具和即時現場診斷方面皆具有相當大的發展潛力。然而一般的LAMP測定法的使用需要專門的知識和技能，而且對於每種目標病毒，皆必須分別準備大量的樣品試劑混合物才能進行操作測試，故在運用上有一定的難度。【延伸閱讀】以植物病毒系統開發多功能抗真菌劑 　　為此研究團隊開發出運用聚二甲基矽氧烷（polydimethylsiloxane，PDMS）製造，約手掌大小的微流體晶片，裝置由五個反應腔室和一個微流體通所道組成並相互連接，期望透過半導體製程技術對植物相關疾病多重遺傳檢測做出貢獻。關於其檢測操作流程，第一步是從患病黃瓜葉中萃取出含有目標病毒的RNA，並以此作為試驗樣品，將樣品和反應試劑混合置入檢測晶片的樣品投入口，樣品和試劑會自動混合並分配到多個反應腔室中，以上動作僅需一次操作即可完成，再來將其放在熱水中加熱，即可在1小時內專一擴增目標核酸，進行快速檢測。而該晶片具有能同時檢測多達四種不同類型植物病毒疾病的能力。 　　這個檢測設備的用途相當廣泛，不僅可以用於農作物病毒疾病的遺傳檢測，還可以應用於橫跨農業、畜牧、漁業、食品工業以及健康醫療，包括人類傳染疾病在內的各領域之遺傳診斷。研究團隊表示未來還計畫進一步開發能夠同時診斷四種不同黃瓜病毒加上四種害蟲所引起共八種植物相關疾病的即時檢測設備，不僅如此，它還可以自由改變檢測設備上的目標病毒，以滿足不同需求。

德州農工大學AgriLife的一項研究確定了早期免疫的反應步驟，Libo Shan博士表示因發現這種微調的機制，可了解宿主如何辨識微生物成分並快速活化免疫反應，此機制在植物、人類和動物仍保有這樣的現象，藉由接露新方法並有望改善免疫反應，從而為農業與醫學帶來正面影響，如開發治療過敏和免疫缺陷的新點子，因此，對作物、動物和人類健康產生廣泛的影響。該研究受到國家科學基金會與Robert A. Welch的資助並於5/14發表於《自然》科學期刊。 兩種類型的免疫反應 　　人類天生就有能力抵抗各種細菌、病毒與真菌，其屬於免疫防禦的一種，稱為先天性免疫，這類免疫也存在於動、植物中。當細胞偵測到微生物存在時，先天性免疫即在幾分鐘內啟動，幾天後則建立起另一種防禦能力，稱為後天性免疫，而這類防禦機制僅存在於人類與動物中。然而，先天性免疫系統可能作用無效且無法抵抗疾病，或是以不同方式反應過度導致危害身體健康。由於先天性免疫的基因組合對於整個物種來說是保守的，因此研究員利用常用於研究生長與遺傳性質的模式生物–阿拉伯芥進行研究。【延伸閱讀】科學家找出植物關鍵記憶機制 創建一個新典範 　　根據前期研究的線索，研究團隊於阿拉伯芥進行細胞、生化、遺傳和轉基因試驗。試驗結果描繪出阿拉伯芥對細菌感染時的第一步免疫反應，其如同士兵在城牆上注視著敵人，若入侵者發動攻擊，士兵將他們俘虜並像國王報告，這樣的訊號傳遞就是針對即將受到入侵時的第一反應步驟。在阿拉伯芥的細胞中也發生類似的事情，細胞壁上的特殊蛋白會「觀察」到入侵的證據，當這些蛋白偵測到細菌移動時，他們會抓住鞭毛。這些「士兵」會利用不同的方法向細胞核傳遞訊息。最新發現的一種方法是將一種小蛋白–泛素連接到BIK1的信號蛋白上，當信號傳遞到細胞核時，訊息進行解密進而增強細胞壁的防禦力。因此，這種快速的反應能夠使細胞因訊號和細胞能量的轉導，從而改變了代謝作用。 農業和人類應用 　　研究團隊表示這項發現填補了早期信號傳導步驟中的關鍵空白，並探討出快速訊號可能有助於監測人類的免疫反應，為篩選出涉及泛素修飾的靶標藥物奠定了基礎。在農業中，其可幫助植株的育種，以提升各種感染的抵抗力。因此，從農業與人類健康的角度來看，這一發現都具有策略發展的潛力並提供普通科學進步的基礎知識。

豆科植物透過共生菌–根瘤菌將大氣中的氮固定於根部中。因此，植物必須有能夠精確地辨識出共生體之機制，以免遭到病原菌感染。為此，奧胡斯大學的研究團隊發現豆科植物利用在細胞表面不同受體蛋白（LysM）上的小型基因結構序列來辨別致病性（幾丁質）或共生信號分子（Nod因子），從而將訊號傳遞出來使植物產生抗菌防禦或共生反應，該研究發表於Science國際期刊。 　　事實上，所有陸生植物皆有LysM，但尚不清楚植物對微生物會產生何種反應。因此，研究團隊透過使用相似的受體來辨別重要元素，但具有相反的功用以做為系統分析之背景。其中，Nod受體的第一個結晶結構是一項突破，使研究團隊對這些受體有更好的了解，進而引領植物工程的研究。Simon Boje Hansen表示為了真正了解這些受體，需要將結構生物學、生物化學與系統性功能試驗相互結合並應用於植物中，透過使用這種方法，研究團隊確定了在LysM1中辨識幾丁質和Nod因子的小型基因結構序列，這些小型基因結構序列即是產生免疫和共生反應的重要因素。【延伸閱讀】基因工程提升抗瘧疾藥物於植物中含量 　　Kasper Røjkjær Andersen表明這些極少數但很重要的殘基可將免疫與共生受體分開，而研究人員不但能鑑定出來，同時首次證明出透過改變這些殘基可重新編程LysM。此項研究成果為LysM提供工程設計所需的概念性理解，讓研究團隊朝向使穀類植物也具有豆科植物固氮能力之目標邁進，藉以降低會造成汙染的商業氮肥，並嘉惠較為貧困的農民。

美國賓夕法尼亞州立大學的研究人員發現，食用高脂飲食的小鼠在攝取綠茶萃取物結合運動後能降低75％與肥胖相關之脂肪肝的產生，這個最新研究可能為人們提供了一種維持健康的新方法。非酒精性脂肪肝是相當嚴重的全球性健康問題，在未來預計將更惡化，因為普遍存在於社會中的高風險因子，諸如肥胖和第2型糖尿病等，預計到了2030年，脂肪肝（Fatty liver）將折磨全球超過1億的人口，然而目前尚未出現針對該疾病的有效療法。 　　在這個研究中，發現餵飼16週高脂飲食的老鼠在攝取綠茶萃取物，並在輪子上規律的跑步運動後，和對照組小鼠相比其肝臟只有四分之一的脂質沉積，而單獨食用綠茶萃取物或單獨運動的小鼠肝臟中，脂肪約為對照組的一半。除了在最近發表於《營養生物化學雜誌》（Journal of Nutritional Biochemistry）上的這項研究中分析老鼠的肝臟組織外，研究人員還測量了它們糞便中的蛋白質和脂肪含量，他們發現食用綠茶萃取物並運動的小鼠，糞便的脂質和蛋白質含量更高，並觀察到其身體處理食物的方式也有些不同，科學家認為綠茶中的多酚與小腸分泌的消化酶相互作用後，會抑制部分食物中碳水化合物、脂肪和蛋白質的分解，因此若是老鼠不消化飲食中的脂肪，那麼這些東西就會透過老鼠的消化系統最終從糞便中排出。【延伸閱讀】蔬菜中的天然化合物有助於對抗脂肪肝 　　研究人員表示，食用綠茶萃取物結合運動的小鼠可能在某些與組成新粒線體相關的基因上有更高表現，而這些基因表現在研究人員了解綠茶多酚和運動共同作用於減輕脂肪肝沉積機制的可能標的物上扮演了關鍵角色。科學家測量了與能量代謝相關的基因，其在生物能量的利用上相當重要，並在攝取綠茶萃取物後進行鍛煉的小鼠身上，看到了先前不存在的基因表現量增加。然而目前還需要更多的研究來觀察減少肝臟沉積脂肪的效果是由於綠茶萃取物和運動所產生的協力作用，或僅僅是兩者疊加的成果展現。 　　在這個研究中，研究團隊證明了綠茶萃取物和運動一起實行可以顯著減少高脂飲食小鼠的體重並改善其心血管健康。但由於目前尚未進行人體試驗，評估兩者相結合的健康益處和風險，因此他們提醒那些決定自行嘗試的人們要謹慎行事，並表示相信人們應該多做運動，使用不含卡路里的低咖啡因減肥茶代替高熱量飲品，將兩者結合可能對人的健康有益，但是目前尚未有臨床數據能證明。

美國農業部（The United States Department of Agriculture, USDA）的農業研究局（Agriculture Research Service, ARS）的研究人員研發出可檢測非洲豬瘟活體病毒（African swine fever virus, ASFV）的新方法，該方法可以讓獸醫診斷實驗室更加便利，減少動物活體的血液細胞檢測樣本的需求與檢體汙染，進而進行快速診斷。 　　ARS研究員Douglas Gladue博士表述：目前並未研發出以效防範非洲豬瘟的疫苗，對於疫情控制需仰賴隔離與清除被感染的豬隻，若要進行有效活體的ASFV檢測，診斷時均須從豬隻活體蒐集血液細胞，但每批細胞僅供一次檢測；但ARS所研發的新技術具備非洲豬瘟檢疫突破性，ARS所鑑定的細胞可以持續複製與冷凍保存以供未來使用，大大減少活體動物的供給數量，未來上市也可供先前無法取得血液細胞的實驗室進行診斷工作，擴大檢驗能量及加速疫情管控。【延伸閱讀】英國皮布賴特研究所的新型非洲豬瘟疫苗研究顯示出有成功的希望 　　2019年中國開始爆發非洲豬瘟，疫情迅速蔓延至東南亞國家，全球高度警戒。美國雖無病例，但為防範疫情帶來經濟層面的重大損失，與加拿大和墨西哥通力合作，防堵高度傳染性的病毒入侵。ARS的研究獲得美國國土安全部科技處、能源部與農業部等支持，研發成果於2020年4月提出美國專利臨時申請案＊（provisional patent）並開放技轉。ARS 位於紐約州梅島（Plum Island）的動物疾病中心研究人員將持續致力於開發管控非洲豬瘟的工具。 備註：Provisional Application 讓申請人可在沒有提交申請專利範圍、宣誓書以及資訊揭露書等即先取得一個有效的專利申請日，獲取暫時性的權利保護。

自1960年爆發的技術革命（綠色革命）使農業產量提高，促使經濟的改善。自那時以來，因收入的提高推動了全球蛋白質需求的提升，同時也產生了新挑戰，如農業溫室氣體的排放量增加（佔全球排放量1/5以上，其中一半以上來自畜牧業），除非積極解決這項問題，不然隨著人口的增加，到2050年時，這些排放量可能增加15至20%。另外，從糧食浪費到過度捕撈皆威脅著糧食是否能永續供應。COVID-19疫情使這些問題引起人們的關注，該疾病打亂了供應鏈與需求端，反常地增加來自農場與農田所生產糧食的浪費。由於對糧食的需求增長且欲抵禦氣候變遷的影響，因此需改變我們的飲食、了解我們浪費了多少和明白我們如何良好的耕種及運用土地。 　　隨著農業逐漸重新站穩腳跟，相關人員應向前邁進以保護糧食供應鏈免受因氣候變遷帶來的潛在破壞性影響。儘管尚未有明確的方法來消除農業碳排放，但食品工業和更廣闊的農業市場已掀起一股轉型的風潮。從歷史來看，農業革命與其他創新公司已出現交叉點，並在各領域建立進一步的發展，如人類健康、化學、先進工程、軟體和先進分析技術等領域。跨領域的機會預示著下一波創新將瞄準在透過改善食品加工的效率以減少農業碳排放。因此，創新和先進的技術可再次為糧食安全與永續生產做出極大的貢獻，如數位科技和生物科技可改善反芻動物的健康，同時也能提供甲烷排放量較低的動物以滿足世界對蛋白質的需求。另外，基因工程可輔助甲烷排放量較低動物的育種，同時，人工智慧與感測器可幫助食品加工商更好地分類並減少浪費糧食，而其他智能技術可識別不可食用的副產品並進行處理。數據和先進的分析技術也可提供更好的海洋監控與管理，以防止過度捕撈的狀況，同時協助船員可精準的搜尋目標魚類，使船員工作效率提升。雖然農業是個傳統產業，但是其仍需相應的技術來進行永續供給並提供的寶貴的經驗。 　　儘管減少碳排放的成本各不相同，但隨著市場不斷的發展，2050年時，碳排放量可望減少20至25%。下列將介紹企業採取重要的三大成本降低方法或成本中立措施，然而擴大解決這些問題仍需對其進行投資、技術創新和行為改變，尤以針對世界各地的農民。【延伸閱讀】引水從事滴灌農業生產恐將產生大量溫室氣體 零排放農機設備 　　將傳統農機設備轉換成零排放的同類設備，如拖拉機、收割機和乾燥機，其屬單一的措施來最大程度的減少碳排放。這樣的轉換使每噸二氧化碳當量節省229美元，並改變全球價值1,390億美元的農業設備產業。然而，不幸的是目前零排放農機設備在市場上很少，目前也僅將此概念進行驗證的試驗階段。機械製造商於2030年才可能將這些新型農機設備（以電池電源驅動）與傳統農機設備（以內燃機驅動）達到總成本間的差異平衡，這如同早期投資電動汽車一樣，電動農業的投資者已準備在先發的優勢中受益。AGCO's Fendt、Rigitrac和Escorts' Farmtrac皆展示了新型電動拖拉機型號，且John Deere已具有電池驅動和有線電動拖拉機的原型機，若電動農機設備於2030年僅占市場10%，即意味著具有130億美元的商機。現階段因電池容量與充電速度為採用電動農機設備的障礙，不過，其與電動車相比，農機設備的電池重量問題較少。另外，電池價格若迅速降低（僅占拖拉機零件成本40%）將有助於增加使用電動農機設備的意願。 動物健康監控 　　經研究指出，為了盡可能控制全球平均溫度上升1.5度，故而需減少人類對於動物蛋白質的需求。在農業部分，其主要協助改善糞便管理並提供使用較少資源且更健康的動物，動物透過腸道良好的發酵來降低碳排放量來滿足世界對動物性蛋白質的需求。這樣的手法預估在2050年之前可減少超過4億噸二氧化碳當量的排放（每噸將節省5美元），並產生可改善農業生產的經濟效益。 　　新興的生物技術及計算能力，如基因定序和人工智慧可協助農民利用現有和新增的數據來演算並能在早期偵測到疾病。舉例來說，Moocall（與Vodafone合作的愛爾蘭公司）將動物尾巴裝上手掌般大小的感測器，藉此提醒農民乳牛產犢的時間並期望降低80%與出生併發症相關的乳牛死亡率。在北美有第三大乳牛數量(在巴西與中國之後)，其提升了整群乳牛8%的產乳量。然而，事實上實施這些技術的成本很高，且農民尚未充分了解或接受，此外，因地區和物種的不同，動物面臨到健康的挑戰也不同，所以無法有完善的解決方法。因此，需投入創新的商業模式和商業投資以克服這些障礙，如全球技術公司Fujitsu已開發出利用演算法為基礎的「網聯乳牛」的服務，使牛奶生產的收益增加。目前期望未來幾年將有更多的商業投資，持續使這些多樣化應用及新技術的成本降低，其包含新疫苗接種和先進的診斷方式。 產溫室氣體的動物育種 　　新的育種方法：基因遺傳篩選法可幫助動物遏制腸內發酵，到2050年無需成本且具潛力減少500萬公噸二氧化碳當量。如今，改善甲烷產出效率的育種已使甲烷產量具有20%的變化。隨著對動物蛋白質需求的增長將持續推動這項技術的發展（2018年產值為42億美元），因此以溫室氣體為重點的新型育種計畫將可能繼續執行。儘管基因育種仍在起步階段，政府與業界皆積極投入這項計畫，2019年11月，由紐西蘭農業部門和紐西蘭政府所資助的財團來啟動一項「全球首創遺傳學計畫」，以培育出甲烷產量較少的羊隻。即使有了這項計畫，整個行業若要全面推動仍需有相應的獎勵機制：減少甲烷排放可獲得補助等。此外，為了大規模實施解決方案，需要額外投資在基因篩選能力上，藉以解決多數遺傳計畫中育種專一性的不成熟和缺乏問題。新興育種方法，如使用CRISPR-Cas9，該技術是從細菌中所發現的免疫統，其可使基因組編輯工具產生前所未有的大進步。透過 Cas9 蛋白結合pre-crRNA 就可使RNase III 進一步形成成熟的 crRNA ，使得 Cas9/ tracrRNA:crRNA 複合體可以去辨識與切割互補的 DNA 。由於這類型的 CRISPR 系統具簡易性與方便性，降低研發者進入的「門檻」並提供更多專一性，因此於 2013 年被開發並廣泛應用在各種不同物種的基因剔除研究上。     　　在滿足世界糧食需求的同時，需要一個新的農業生態系統減輕農業溫室氣體的排放。在短期內，減少碳排放很大程度取決於當今的技術與機會，但仍然需要下一項技術來增進，如基因編輯、新型飼料添加劑和有氧水稻。從汽車行業到製藥行業對於養活地球村皆扮演著重要角色。 【世界之永續發展系列報導推薦導讀】 世界之永續發展(2/4)–使用人工智慧對抗糧食浪費 世界之永續發展(3/4)–透過先進的分析技術使漁業永續發展並從中獲利 世界之永續發展(4/4)–對蛋白質永續提供的需求

非洲豬瘟（African swine fever，ASF）遍及東歐和亞洲，是世界動物衛生組織（World Organisation for Animal Health，OIE）警告可能會殺死世界上四分之一豬隻的一種疾病，在2019年造成全球超過700萬頭豬死亡，並破壞了整個與豬肉產業交織在一起的貿易體系，由於缺乏商業疫苗的緣故，想讓ASF得到控制，制定嚴格的生物安全措施和對易感染動物的全面撲殺成了唯一的可行方法。 　　英國皮布賴特研究所（Pirbright Institute）的科學家們在距離開發出一種對抗非洲豬瘟來說相當重要的疫苗又更近了一步，研究團隊透過將八個戰略性選擇過後的ASF病毒基因插入作為載體的無害病毒中，建立了所謂的載體疫苗。載體用於將目標基因傳遞到豬細胞，並在豬細胞中產生病毒蛋白，而這些蛋白可以激發豬的免疫系統對ASF的感染做出快速的反應，生成保護性抗體。這八種病毒基因的組合可以保護豬隻，免於遭受其他致命ASF病毒株攻擊時產生的嚴重病症侵害，儘管確實出現了一些疾病的臨床跡象，但這是病毒載體疫苗首次在豬身上顯現出針對ASF攻擊的保護作用。儘管需要進一步的開發，但是如果成功，這種疫苗將能夠把野外染病動物與接種疫苗之動物（differentiate infected from vaccinated animal, DIVA）區分開來，這有助於在不犧牲商業貿易機會的同時，建立疫苗接種計劃。ASF疫苗小組負責人表示，證明我們的疫苗具有保護豬隻免受ASF侵擾的潛力，是整個疫苗開發計劃中相當重要的一個步驟，目前已經開始著手改進疫苗中所包含的基因，期望能提高效力並提供更多的保護。其研究成果發表於《疫苗》期刊上，實驗結果顯示在接種新型載體疫苗後，有100％的豬在遭受致命劑量的ASF病毒攻擊時受到了疫苗的保護。【延伸閱讀】針對特定非洲豬瘟病毒株研發的口服疫苗可望防治逐漸失控的疫情 　　英國首席獸醫官員表示，這是相當令人鼓舞的突破，意味著我們在保護豬隻健康以及阻止非洲豬瘟在全球食品供應鏈中肆虐所扮演的角色又往前邁出了一大步。儘管英國從未爆發過非洲豬瘟，但我們並不以此自滿，目前已經採取了許多強而有力的措施來防止動物疾病爆發，之後我們還會繼續與英國養豬業進行密切合作，藉以提高業者對風險的認識並提供有助於維持高生物安全標準的建議。

在整個英國與歐洲中，白菜莖跳蚤甲蟲（CSFB）是油菜主要的害蟲，特別在冬天時造成的危害甚大，其會造成葉片產生如同射擊孔洞般的創傷，進而導致作物歉收。由於菸鹼類藥物對蜜蜂有害，因此歐洲禁止使用菸鹼類藥物處理過的種子來種植開花作物，這項禁令的制訂是因研究發現一些系統性農藥會使授粉者數量降低，2019年則進一步立法禁止包含其他廣效性農藥的使用，然而這卻導致甲蟲成為英國(特別是在東安格利亞和周邊城市)的主要害蟲。根據2014年的數據顯示，作物的損失高達2,300萬英鎊，也就是全國冬季油菜約有3.5%的作物面積受到CSFB的侵害。研究預估在2020與2021年最佳的產值也僅為126萬噸，比去年同期下降48.9萬噸，這使英國油菜種植前景受到質疑，過去已有研究使用五種寄生蜂針對CSFB進行生物防治，但結果發現其防治成效有限，且也因被禁農藥的使用，造成生物防治在經濟方面具非必要性。 　　在一項科學試驗中，科學家偶然發現某一寄生黃蜂可以為種植者提供一種無化學害蟲防治方法。研究人員正在測試CSFB對油菜的攝食偏好時，他們發現寄生黃蜂莫名出現在CSFB的群落，即使將甲蟲置於盆栽油菜的微孔袋中，寄生黃蜂也會出現。John Innes Centre的Rachel Wells博士表示雖然寄生黃蜂的出現使他們的研究受到影響，但這卻是另一種新契機。它提供寄生黃蜂作為栽種油菜和蕓薹屬蔬菜的可行性生物防治方法，即可作為一部分防治甲蟲侵害的綜合管理辦法。然而，在英國自然歷史博物館和瑞典自然歷史博物館的基因定序結果表明該寄生黃蜂(Microctonus brassicae )僅在2008年首次報導，至今仍未進一步鑑定，屬於一種尚未完全明瞭的物種。【延伸閱讀】部分農藥比起花蜜更容易吸引蜜蜂 　　因此，研究人員積極探索寄生黃蜂的生物特性，並首次發表了CSFB成蟲受到寄生的相關研究，該文獻發表於<Entomologia Experimentalis et Applicata.>期刊。根據研究發現在控制試驗的條件下，黃蜂的數量足以導致CSFB群落崩解。當黃蜂幼蟲從甲蟲消化道出現時，甲蟲將會不育並死亡。黃蜂從卵到成蟲的生命周期僅43.5天，即表示經由人為控制可繁殖更多代。這項研究提出了利用寄生黃蜂和其他遺傳性質相似的寄生蜂物種作為生物防治的商業手段，以保護油菜免受蟲害，此外，黃蜂的寄生率超過44%，即表示黃蜂具正面影響田間狀態的潛力。因此，Rothamsted Research則欲進一步研究整個英國黃蜂與寄生蟲數量，並認為進行農田佈局以利生物防治，如: 保護邊行(conservation headlands)與草畦(beetle banks)。

番薯是世界各地重要的營養作物之一，特別是在缺乏維生素A來源的撒哈拉沙漠以南非洲地區，甚至於在亞洲的飲食文化中也時常看見它的蹤跡。儘管中國是目前生產最多番薯的國家，但非洲地區擁有大量土地資源，有很大潛力能繼續擴大番薯種植產量。植物的微生物組會通常會深刻影響著它的健康和發育，儘管番薯很重要，但目前我們對其微生物組的組成了解甚少。【延伸閱讀】超級細菌能幫助植物抵抗環境壓力 　　由Bill＆Melinda Gates基金會資助的AgBiome公司，旨在鑑定和開發有益的微生物，期望能保護發展中國家的作物免於昆蟲侵害。這是首次科學家利用次世代定序技術(Next Generation. Sequencing, NGS)來進行鑑定番薯微生物組的實驗，研究人員發現與其他被廣泛研究的物種相似，番薯的微生物組會遵循兩步驟模型發展，並表示已經證實在單一農場的番薯微生物組中，微生物組成具有驚人的可變性。儘管存在這種變化情形，他們也同時發現在單一番薯農場不同田間區域，以及同一地區兩個不同農場中的微生物組成發展存在著一些共同點，值得注意的是，實驗結果顯示番薯會對其內生菌（生活在植物體內的微生物）形成強大的生態壓力，所以若是要開發能保護番薯免於害蟲侵擾的有益內生菌，這種內生菌必須有能力承受番薯本身所帶來的環境壓力，而這些訊息對於提高番薯產量來說是相當重要且關鍵的一步。

草甘膦是一種廣效性的除草劑，其藉由抑制闊葉植物與草(雙子葉植物與單子葉植物)中的5-烯醇式丙酮酸-3-磷酸莽草酸合酶(5-Enolpyruvylshikimate-3-phosphate, EPSPS)來使植物死亡，但不使動物與人類對草甘膦產生不良反應。EPSPS是生物合成必需胺基酸的關鍵酵素，如莧菜於草甘膦存在的壓力下會大量提高EPSPS基因的表達，使植物充滿過多的EPSPS酵素，以提高對草甘膦毒性的抗性，從而抵消除草劑的作用。也因如此，自1970年人們引入草甘膦以來，抗草甘膦的雜草已成為農業環境中日益嚴重的問題。為了解決此項問題，美國密西西比州斯通維爾市農業研究服務部William T. Molin與南卡羅來納州克萊姆森大學Allison Yaguchi、Mark Blenner和Christopher A.Saski共同合作，他們對染色體外的DNA複製子結構進行定序與剖析，奠定了莧菜(Amaranthus palmeri )在草甘膦抗性中的生物化學與分子基礎，其有助於了解植物對環境適應性的進化過程，同時對於優化農藥的使用具有重要的意義。 　　根據研究指出，影響植物抗除草劑的主要因素有兩種。 　　(1) 增加基因複製量以提升基因表達 　　基因或基因簇的擴增現象是動植物與微生物中常見的避開壓力機制，擴增的基因通常存在於染色體外環狀DNA(eccDNA)片段中，稱為複製子。複製子是生物體內維持並複製一般正常外部線性染色體的DNA環。人類的eccDNA和許多癌症、發育缺陷與早衰相關的多種疾病有關，若eccDNA攜帶致癌基因和其他基因作用會促使患病的細胞存活和增殖。根據此特性，Molin等人提供了莧菜對草甘膦抗性的eccDNA複製子完整序列，揭示其結構組織和基因組含量，並檢測可在多世代中複製並持續存在於基因組中的某些特徵。研究員發現eccDNA複製子包含59個基因，其中一個子集(包括EPSPS基因)在草甘膦處理抗性植物後顯示出更高的表達量。 　　(2) 可移動基因元素(稱轉位子)與eccDNA複雜的排列 　　Christopher A.Saski指出eccDNA複製子的DNA含量很複雜，要定序出每個元素非常困難，只有當DNA定序技術發展到單分子程度時，如Pacific Biosciences所開發的完整組件才有可能達到。此eccDNA複製子的起源尚不清楚，但可能因草甘膦的使用推動了轉位子活化和基因體混排的結果，另外，草甘膦的存在壓力可能會促進轉位子的活化，透過複雜的排列並基於與其他eccDNA的類比作用，使轉位子在DNA複製和維持功能中發揮作用，進而影響eccDNA形成和eccDNA活性。因此，含有eccDNA的植物，如莧菜可在經常使用草甘膦的地方生存和繁殖。【延伸閱讀】基因編輯可減少病毒對養豬業的威脅 　　根據研究的結果，可發現了解eccDNA複製子的完整基因組結構和功能將有助於了解草甘膦抗性在植物中如何發展和進化，並有助於調整除草劑使用的策略並抵抗抗性雜草的生長。此外，研究員也確定了從eccDNA到染色體間拴繫著一致的結構特徵，其可能有助於正常細胞在有絲分裂期間維持該片段。未來的研究方向將著重於eccDNA如何在植物細胞中自我複製，並確定複製子的基本功能之序列結構組成。此項新發現會產生新的基因工程方法，並可能可在核基因組之外表達有用農藝性狀。

植物在繁殖期時會生長發育葉片，主要是因植物莖上的生長點具幹細胞群，其可與葉子或花朵形成新莖。另外，透過日光與溫度的影響，植物在某個特定的點會轉換到生殖階段，其將會開花並產生種子進行繁殖。在多年生植物中，一些生長點仍保持繁殖性，因此開花後該植物可在下個季節重新進入繁殖期進而繼續生長，然而對於一年生植物則不具有此功能，因此其開花後將會死亡。萊頓大學(Leiden University)生物研究所植物發育遺傳學教授Remko Offringa與他的團隊發現一個可使一年生植物在開花後仍能持續存活的基因，此基因可使植物的生長點在開花後仍保繁殖性，其研究成果發表於《自然植物》期刊中。 　　這項研究中，研究人員使用了典型的一年生模式植物—阿拉伯芥（學名：Arabidopsis thaliana ）。第一作者Omid Karami證明AHL15基因是如何表現其特性，Karami藉由過度表現該基因，使其比一般清況下更活躍。經改良後的阿拉伯芥與多年生植物一樣，某些生長點仍有繁殖性，因此該植物在開花後仍持續生長，並可開花數次。當研究員使AHL15基因失去作用能力後，該植物的壽命比一般正常的植物短，因此，證明出AHL15 基因(也被命名為REJUVENATOR)可調節植物的壽命。【延伸閱讀】藉泛基因組研究找回番茄原有風味 　　Offringa表示該基因的發現有助於了解植物的生活史與衰老狀況，並能進一步回答為何某些物種在進化過程中部分變成一年生，另一部分則變成多年生植物。如農業中的糧食作物(水稻、小麥等)為一年生植物，將其改良使植物的生長點保有繁殖性，在收成後該植物可持續生長，因此，在不種植新水稻的情況下，可從同個地區收割數次糧食作物，從而提高單株產量。農民在種植開花次數更多的植物時，進而減少了耕種的次數，最終使土壤生物群保持完整性，因此，這項研究非常適合農業的永續生產。

動物健康投資歐洲創新展示會是藉由展示動物健康和營養健康方面的研究成果，也與各方討論了所有物種中動物保健行業的趨勢和市場動態以吸引投資機會，因此可為這些企業、全球38個國家的金融投資者和戰略合作夥伴建立起新關係。今年欲於倫敦舉辦的會議中，有一項令人注目的議題為精密生物製劑。 　　許多病原菌對全球公共衛生造成嚴重損害，並為食品供應鏈帶來衝擊。迄今為止，牲畜的疾病預防包含疫苗、抗生素和其他抗菌化學藥品的混用，然而過量使用有時會使得畜禽疾病的產量具潛在性增加，但也可能導致更多致病性病原產生，並可能產生更多致死病原菌。社會大眾擔心牲畜會產生對抗生素有抗性的超級細菌，因此消費者與監管機構要求去除或減少抗生素的使用。雖然現今已有許多食品公司公開承諾減少使用以抗生素飼養之肉品於其供應鏈中，但這會造成生產者需要尋找更好的方法處理這項艱鉅的任務，藉以保護畜群或家禽免受疾病危害。 　　因此，越來越多公司集資，例如：加拿大NovoBind公司，期望以更少的錢保護更多動物的健康，該公司正在開發一種精密的生物製劑平台，以保護牲畜免受病原細菌、病毒和寄生蟲侵害。精準性生物製劑是指將奈米膠囊技術(微型耐熱性藥物載體工程技術)與免疫學結合的新興科學技術。NovoBind的聯合創始人兼首席執行官—Hamlet Abnousi表示這樣的構想來自美洲駝的自然免疫力，他們從美洲駝找到最有效的抗體，易於重新編輯蛋白質以開發出新用途，因此研究團隊透過發酵以找出適應不同環境的抗體，並與影響不同物種的不同病原菌對抗，藉以專研出如何設計與如何改造這些蛋白質結構的知識，且同時創建了這些抗體片段的資料庫。基本上，該精密生物製劑的作用原理是透過保護性抗體的微小片段尋找並結合以解除病原菌的武器系統，簡言之研究團隊欲提供被動免疫，直到生物有機會建立自己的免疫力。近期，研究團隊聲稱其正在研擬一系列每年給家禽、蝦和伴侶動物部門造成總計220億美元損失的病原菌處理方法。雖然該公司尚未公告確切的數量紀錄，但可從2019年6月其首次與Lallemand Animal Nutrition共同開發並商業化先進的沙門氏菌生物製劑看出端倪，因此有助於NovoBind完成其A輪融資。除Lallemand外，其他一些戰略投資者也透露了他們的參與意向，包括加拿大天然產品公司、水產養殖技術中心和專門的金融投資者包括Seventure Partners、Mindset Venture Group、Lightheart Management Partners和Carpere Ventures。由於研究成果具有效益，因此比利時生物技術公司Ablynx、Argenx和Biotalys也使用Novobind創建的平台。加拿大天然產品公司首席執行官—Shelley King表示NovoBind了解市場需求，並明智地定位自己，可以滿足全球對安全且有效的解決方案的需求，這些解決方案可以替代抗生素和其他抗菌化學藥品。【延伸閱讀】13家公司的創新技術可用於改善畜牧業生產 　　此外，在動物健康投資歐洲創新展示會上，來自另一家加拿大生物技術公司Glysantis的團隊正在研究和開發自己的奈米顆粒平台技術NanoDendrix，顯著提高了先天免疫反應的能力，從而用於對抗潛在病毒和抗菌，其具有廣泛的生物醫學應用，而目前主要用於水產養殖和家禽業行業。另外，也有幾個生技公司開發出不同的精密生物製劑，如下： Armenta（以色列）使用聲脈衝技術（APT）開發了第一種用於牛乳腺炎的非抗生素治療方法。在美國和歐洲，乳腺炎每年造成的損失超過60億美元。經APT處理的感染母牛已顯示出70％的治癒率，因此牛奶產量增加了10％。實施APT可提高農民的盈利能力，改善畜群健康和母牛福利。 Nextbiotics（美國）的目標是利用尖端的合成生物學工具和噬菌體技術，為應對抗生素耐藥性危機提供獨特的解決方案。它提供了消除病原（壞）細菌的解決方案。它的第一個產品是用於動物飼養者的飼料添加劑，可增強動物營養並顯著減少抗生素的使用。 Simple Ag Solutions（美國）是一家以B2B的模式提供軟體服務的公司，在動物健康與生產之間架起了橋樑。它的平台是專為畜禽生產商設計的，用於管理抗生素的使用，優化生產並促進審核。以上的成果皆為新型健康的替代品建立起新的里程碑。

以往科學家在伊利諾州厄巴納的豬隻日糧中發現豬的飼料轉化率較高，但科學家仍不完全了解主要原因。過去伊利諾伊大學的研究表明，銅不會改變飲食中的脂肪和能量吸收。然而，根據新的研究卻指出，這種元素似乎增強了豬吸收後利用脂肪的能力，從而提高了整個日糧的能量利用。 　　伊利諾州動物科學系的教授Hans H. Stein表示他們以兩種飲食分別餵不同的豬，但投餵的飲食量是相同的，控制組與對照組的飲食主要包含玉米、豆粕與含可溶物的酒粕，控制組與對照組的飲食中含有每千克僅20毫克氯化銅，而對照組則另外多含150毫克的羥基氯化銅。研究結果表明羥基氯化銅可促進脂肪的代謝，從而使豬獲得更多能量的方式。如此可以解釋投餵銅元素於日糧中，豬的飼料轉化率變得更高，這也為生產者帶來了更好的飼料轉化率和節省經濟的支出。Stein先前的研究發現脂肪和能量的消化率並沒有因為加入相同比例的羥基氯化銅而改變。因此，為了瞭解銅吸收後對脂肪代謝的影響，研究人員評估了豬組織樣品中的基因表達情況。其發現在肝臟、脂肪組織和少量的肌肉組織高度表達參與脂質代謝和脂質利用的基因，即表明飲食中的銅可能藉由改善脂肪酸的攝取、運輸和利用來影響與脂質代謝有關的信號傳導途徑。【延伸閱讀】黏土作為乳牛飼料添加物的利用潛力 　　這現新發現受到監管抗生素作為生長促進劑的機構的歡迎，然而銅並不一定是完美的解決方法，主要因素是銅的管制對環境影響重大，若可利用少量的銅或其他形式的方法來達到相同的目的，生產者與環境皆可受益。

現今，大多數的社會希望農民可減少或排除用作保護作物的化學品，農民也期望能夠做到，然而，科學家們正面臨一個重大的挑戰，他們試圖找出如何提供非使用化學藥劑的保護措施，以便農民能夠繼續增加糧食產量以因應日益增長的人口。有據於此，其促進了大學與企業研發不需依賴商業化學品的生物產品。逐漸地，已有可滿足消費者需求的產品問世，其對於食品生產更安全也具永續性。 　　RNA可在所有活生物體中發現，一個基因透過信使核糖核酸(mRNA)來產生蛋白質，其實際促進每個生物的生理作用，如我們飲食模式、成長狀況與行為表現。因此，GreenLight Biosciences公司使用生物學的RNA訊號來破壞昆蟲收到食用特定植物的訊息。該新發明與基改物種有很大的不同，其不對昆蟲或作物的基因進行修飾，即不改變原有型態。GreenLight將他們研發的產品噴灑於葉面，RNA訊號會傳送給害蟲使其想食用特定作物，如油菜籽，當昆蟲開始食用植物時，同時將噴劑分子食入，一但分子進入有害生物體中，其會干擾RNA訊號，使昆蟲對葉子失去食欲，不食用特定作物，即阻止昆蟲生存的關鍵功能，進而導致該昆蟲種群死亡，且有益於植株的昆蟲不會受到傷害，讓作物可生存並繁衍生息。GreenLight的首款商品旨在保護馬鈴薯免受以馬鈴薯葉為食的科羅拉多金花蟲之危害。事實上，若將昆蟲的基因作圖，研究人員根據此圖設計了一個可影響特定昆蟲的序列，進而控制科羅拉多金花蟲的表現，同時不影響蜜蜂、蝴蝶、瓢蟲或其他益於作物的生態。【延伸閱讀】利用全基因組關聯性分析標記天然遺傳抗性基因，解決大豆蚜蟲害問題 　　雖然許多製藥公司認識到mRNA對於改善人類健康並阻止傳染病擴散扮演重要的角色，但因生產RNA干擾劑的成本高且耗時，使得廣泛的商業用途變得非常昂貴。此外，傳統製造RNA的方法也犧牲了RNA的品質。而GreenLight找到了一種以安全且環保的方式生產低成本及高品質RNA的方法，即無細胞生物加工的專利。該專利可快速且大量生產高品質RNA以解決地球上一些最急迫的挑戰。GreenLight Biosciences的首席商務官Mick Messman表示RNA干擾劑將會成為下個世代用以保護作物的方法，利用RNA控制有害生物的概念已在先前的生物技術中使用，市場上已有一些產品是利用植物將基因傳送給昆蟲。但直到現在其成本仍居高不下，因此，GreenLight自我生殖的專利是個重大突破，這是最具成本效益的方法，並提供高品質產品。因系統的製程時間比一般化學製品製造時間還短，因此能夠加快將新產品推向市場，同時價格也相對較低。因此，該公司今年申請監管部門的批准其研發的新產品，並預計於2022年進行全面的註冊。

油菜、酪梨和橄欖樹等作物大多常被人類用來作為生產油或脂肪的材料，這是由於它們能藉由光的幫助從水和二氧化碳中生產油脂，而這項特性對於如單細胞藻類到巨型紅杉樹的所有植物而言，是相當基本而且普通的能力。過去一直認為藍綠菌(Cyanobacteria)，其又廣泛地被俗稱為藍綠藻(Blue-green algae)係缺乏這種特性，雖然名字中有“藻”字，但實際上是被歸類為細菌界的一員，藍綠藻跟大腸桿菌(Escherichia coli)的關係比和橄欖樹更加緊密。有別於一般細菌，藍綠藻具有行光合作用的能力，許多科學家懷疑葉綠體(chloroplast)，植物細胞裡負責行光合作用的綠色胞器最初來自藍綠藻，根據共生體學說，十億多年前原始植物細胞“吞噬了”藍綠藻，而細菌在細胞中存活並供給光合作用產物，倘若假說正確，那麼葉綠體的油脂合成酶最初可能來自藍綠藻。 　　德國波恩大學植物分子生理學和生物技術研究所（IMBIO）的科學家在過去的幾年間致力於研究葉綠體中催化植物油脂合成步驟中的其中一種酶。為了檢驗可能性是否為真，他們在各種藍綠藻基因組中搜尋是否有和植物油脂合成酶組成相似的基因，結果發現了一種同屬一類的酰基轉移酶基因，並透過進一步測試，驗證了雖然生成量小，但藍綠藻確實會利用這種酶產生油脂。雖然現今植物生產油脂主要是運用其他代謝途徑，但若以演化生物學的角度來看此結果，植物葉綠體中某些部分的油脂合成機制非常有可能源自藍綠藻。【延伸閱讀】將甘蔗副產物做為第二代生質酒精以外的另一種利用 　　此外，實驗結果也為動物飼料生產和生物燃料的開發創造了新的可能性，因為藍綠藻與油菜等作物不同，不需要耕地就能生長，一個裝有培養基的容器以及足夠的光和熱便可以滿足需求，能應用於沙漠中生產汽車引擎用油，無需犧牲糧食作物來完成。這種可能的替代能源同時還能為全球氣候保護貢獻心力，生活在海洋中的藍綠藻會吸收大量的溫室氣體，據估計，如果沒有它們的貢獻，大氣中二氧化碳的濃度將會是原來的兩倍，而所生成的燃料也相對環保，因為在燃燒後只會釋放藍綠藻從空氣中拿來製造油脂的二氧化碳。雖然類似的實驗已經應用於綠藻，但比起藍綠藻它們更加難以培養。而藍綠藻可以相對容易地進行基因修飾並透過生物技術優化提高油脂生產率。

細胞療法為癌症和自身免疫性疾病的治療方法帶來革命性的改變。這個數十億美元的產業需要以超低溫冷藏的方式長期保存細胞，同時也要確保其解凍後仍能持續發揮功能。然而，低溫環境易使冰晶形成和生長，其會刺穿並撕裂細胞。因此，為尋求解決方法，猶他大學化學家-Pavithra Naullage和Valeria Molinero提供了有效保護細胞避免受冰晶損害的聚合物之設計基礎，該研究發表於《美國化學學會雜誌》。 　　以往冷凍保存細胞和器官的方法是利用大量的二甲亞碸，其是一種有毒化合物，可破壞冰晶的形成，但會給細胞帶來壓力，從而降低細胞存活率。現今，已找到了一種來自自然界使生物，如魚類、昆蟲和其他冷血生物，可在極端低溫環境下存活的抗凍醣蛋白。此蛋白可與冰晶結合，避免冰晶生長和破壞細胞。其抑制原理為抗凍分子會固定在冰晶表面上並與冰晶緊密結合，如同枕頭上的石頭，使冰面在分子周圍形成彎曲的表面。由於這種曲度使冰晶生成不穩定，從而停止冰晶生長。此外，分子結合在冰晶表面的時間比冰晶生長的時間還長，因此，可進一步防止冰再結晶。基於細胞療法的發展需求和冰晶抑制生長的原理，研究人員欲開發出有效的冰再結晶抑制劑，該抑制劑需與天然抗凍醣蛋白一樣具有競爭活性，但不具如同二甲亞碸的毒性和成本。因此，這種需求推動了合成可模擬抗凍醣蛋白作用的聚合物。然而，迄今為止所發現的最有效合成冰再結晶抑制劑—聚乙烯醇（PVA）的效力比天然醣蛋白還低，此外，由於尚未了解何種因素限制了聚合物抑制冰再結晶的效率，使得尋找更強的冰生長抑制劑似乎有停滯的現象。 　　因此，研究團隊進一步利用大規模的分子模擬來闡述分子作用在冰晶上的機制，其包含聚合物的柔性、長度與如何調節控制其與冰晶結合並防止冰晶生長的效能。研究表明，分子在冰面上的結合時間主要由聚合物結合在冰上強度、長度和聚合物在冰表面散播速度來控制。此外，研究人員也分析了各種控制柔性聚合物結合在冰晶上的因素，並解釋PVA和天然抗凍醣蛋白效能的差距。主要原因是每個抗凍醣蛋白都比PVA與冰的結合更牢固，抗凍醣蛋白的二級結構易區隔出冰晶結合和未結合區塊，使抗凍醣蛋白能快速附著在冰上，從而阻止冰晶的生長。【延伸閱讀】新型纖維素可望降低生質能源成本並治療感染 　　此項研究首先確認了聚合物結合在冰上傳播時間，研究發現柔性聚合物緩慢散播在冰晶上會限制其抑制冰晶生長的能力，根據這項發現可作為設計柔性聚合物的關鍵變量，為新型柔性聚合物的設計奠定了基礎，該聚合物甚至超過抗凍醣蛋白的效率，並在生物醫學研究中產生重要的影響。

根據聯合國統計，2050年全球人口將成長將近至100億。為了避免糧食不足之危機，必須提高農業生產率。 　　日本京都立命館大學古氣候學家中川毅(Takeshi Nakagawa)教授表示：「農業在面對氣候變遷時，有著脆弱的致命傷」，的確，氣候變化過於劇烈的話，將難以穩定的收成。  　　但是，為何古氣候學家會發出這樣的警告呢？其論述是來在自古氣候學的知識及見解中，已經有了「地球氣候變化史」背景。 為何農業能遍及世界各地？ 　　日本福井縣若狹町有一處水月湖，自數十萬年前的遠古時代以來，其湖內有被稱為「年紋〔1〕」的沉積物，每年一次薄薄地堆積著。 由於水月湖周圍不容易受干擾的環境，年紋才能維持原狀一直殘留到現在。  中川教授分析年紋中所含植物的化石，揭開了存在於地球的氣候史 　　中川教授論述：根據考古學的知識及見解，大約1萬1千年前農業耕作在世界上開始普及，這也與地球的冰河時期結束後，氣候開始變暖的時間一致。 　　在異常氣候或有自然災害的年份，沉積物的顏色差異，可直接由目視判斷，因此，農業能夠普及的重要因素，被簡單地認為就是因為「平均氣溫上升」所致。 然而，此種推論並不能解釋，冰河時期溫暖的低緯度地區，農業耕作為何尚未普及。 　　中川教授逐一調查年紋之後，發現除了溫度差異之外，冰河期與溫暖期之間也存在的巨大差異——氣候穩定性。由於冰河時期氣候變動頻繁，其變動幅度也很大，因此明言，這就是「劇烈震盪」的氣候。 　　中川教授表示：「兩者相較，自溫暖期開始，期間氣候一直很穩定，因此推論，氣候的穩定，很可能是農業能夠普及的決定性因素」。 　　尤其是冰河時期的最後幾年，水月湖的平均溫度跳升了2-3度。 實際上，該數字和聯合國跨政府氣候變化專門委員會(IPCC)所預測的，在未來100年的上升幅度很接近（最低2°C，最高4°C前後）。也就意謂著，未來100年內氣溫上升的幅度，可能會再發生和大約12,000年前所自然發生的「暖化」相同。 　　透過年紋分析，過往暖化可能發生在短暫的一年至三年間。而IPCC預測未來全球溫度將上升2至4℃，但這不一定是氣候變遷最壞的情況。 　　中川教授也解釋：「IPCC所預測的背後意涵，與12,000年前完全不同的氣候狀況，也可能在100年後再次面對。」 　　我們不能完全否定，未來的氣候是否會如冰河期那樣劇烈變化的可能性。倘若真如上述，在溫暖而穩定的氣候中發展起來的農業，能夠適應氣候變化到何種程度呢？【延伸閱讀】漁民尋求新武器來對抗因為氣候變遷而大量出現的寄生蟲 發現地球上最複雜結構的酵素、解開植物生長的奧秘 　　農業因應氣候變化的方式之一即為縮短生長期程，因此，對於植物生長機制(構造及原理)的理解是不可或缺的。植物並沒有像動物一樣的骨骼，為何植物卻能在抗重力的情況下往高處生長呢？ 　　日本立命館大學生命科學院石水毅(Takeshi Ishimizu)教授：「那是因為植物有細胞壁。」 　　根據石水毅教授的說法，在細胞壁上具有可以牢固地維持植物結構的骨骼功能，和具有可以將細胞彼此附著的黏膠(paste)功能，這兩者都是植物生長所不可或缺的。 　　黏膠功能的基底，是佔細胞壁30％的所謂果膠(pectin)成分，因為該成分可用於增加食品的黏稠度，在市售的果醬和速成甜品上也被使用。在我們的生活上普遍應用，與植物生長同樣不可或缺的果膠，其生成過程，到近年仍完全不知。石水教授道：「果膠可說是在地球上最複雜的構造。」 　　石水教授認為：因為很難找到生成果膠的酵素。所以，如果能解開果膠的生成過程，對於農作物的生長促進技術也能有所貢獻。 　　石水教授的研究團隊花了六年時間開發可發現生成果膠酵素的方法；其次，也研究了果膠的合成量與植物生長速度之間的關聯性，得知生成果膠的酵素越多，植物的生長越快。 　　石水教授道：「倘若將來能控制果膠的合成，也就有控制植物生長速度的可能性。」 　　石水教授的下一個任務，是探究果膠生成酵素的編碼遺傳基因。他在阿拉伯芥〔2〕中研究了超過27,000個基因，並在五年內成功鑑定出RRT1基因。 研究自開始至今已以花費了11年的歲月，是世界上第一個發現果膠生成酵素的遺傳基因 　　石水教授提及：「依據果膠生成酵素的遺傳基因RRT1的發現，就能解釋為何果膠具有很精妙而類似植物的特性；將此遺傳基因RRT1的存在與否及存在數量作為指標，來選擇快速成長的植物，也希望這些發現可成為鏈結未來農業。」 　　農業支撐人類的生存。然而，在全球暖化和人口的快速增長的背景下，人們正期望著農業創新。作為來自日本的研究，如何為未來的農業有所貢獻，並改變農地田野的景觀。 　　對於100年後的農業，我們都有著高度期盼。 註1：所謂「年紋」，是可以用來推測年代歷史的條紋狀痕跡，其日文原文稱為「年縞」，而樹木上的「年輪」則是以類似圓形輪狀呈現。 註2：阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)，又名擬南芥、阿拉伯草，是第一個基因組被完整測序的植物。它是理解許多植物性狀的一種流行的分子生物學工具。

在過度捕撈、污染和氣候變遷等多方影響下，全球海洋生物多樣性正在下降。然而海洋幅員遼闊，難以進行大範圍遠洋生物的長期監測。評估和嘗試應用新的海洋生態監測技術將有助於探討物種豐富度、多樣性和分布情況，促進海洋資源的管理與保護。【延伸閱讀】以eDNA追蹤瀕危魚種 　　環境DNA(Environmental DNA，或稱eDNA)是指生物體釋放到環境中的遺傳物質，從海洋水體中分離eDNA並進行定序分析，可得出從微生物到大型海洋動物的特殊序列，並透過時間、地點的歸檔作業，建立長期的DNA紀錄，可用來檢視入侵物種是否存在、評估生物族群隨時間的變化性，或是追蹤具有重要生態意義的特定物種，是非常有效率的監測方式。 　　美國西岸沿海存在著California Current Ecosystem，是具有高度生產力的湧升流系統，而史丹佛大學海洋解決方案中心(Stanford Center for Ocean Solutions) 則在其中鎖定了一些採樣點，以2016年與2017年收集的eDNA樣本的監測數據與傳統的視覺調查及底拖網調查進行比較，發現可以在eDNA樣本中找到更多海洋物種的訊息。透過底拖網與eDNA調查，總共可確認80種不同的魚類與哺乳動物，包含海豚、鯨魚、海豹、海獅等。 　　藉由此項研究的應用驗證，可確定eDNA能協助追蹤自底拖網逃離而無法觀察到的生物，可為長期的海洋調查提供更多細節，搭配傳感器收集海水鹽度和溫度等數據資料，更能追蹤生物隨不同年份的環境變化而改變分布的狀況。但目前的eDNA定序結果還無法直接用來計算各物種的數量或豐度，也無法確認特定物種年齡或大小，顯示這eDNA監測技術還不會取代利用拖網或聲音的監測方法，但可用來幫助擴大追蹤範圍。相關研究發表於<Frontiers in Marine Science>。