聯合國世界衛生組織(World Health Organization，簡稱WHO)為因應新興基因編輯(genome editing)技術在人類應用上造成的倫理道德、醫療行為及社會法律等諸多議題，遂於去年底成立全球跨領域專家工作小組(global multi-disciplinary expert panel)。透過專家學者們重新審視其中的問題，並擬定全球遵循之規範標準，將相關建議定期提供給WHO參考。最近，跨領域專家工作小組已針對人體基因編輯的研究行為進行探討，於3月18-19日召開首屆諮詢會議，在為時兩天的跨領域專家討論中，專家委員們審視了近期人體基因編輯研究行為，其中也回顧發生在中國的基因編輯嬰兒事件。 　　針對涉及醫療行為及倫理道德的部分，專家委員們認為以基因編輯進行的人體醫療行為在現階段是不負責任的作法。專家委員們認為應在人體基因編輯研究期間，將研究內容透明公開。另外專家委員們進一步提出，應由WHO設立全球統一監管的單位，釐清基因編輯目前在科學方面的進展，並確保現階段的科學技術符合現階段的科學及道德標準。該想法是從事人體基因編輯研究前，應先進行登記作業(registry)，確保研究過程在公開透明的情況下進行監督。【延伸閱讀】英國國家農民聯盟認為未來新育種技術之作物將具有極大的潛在效益 　　在未來，跨領域專家工作小組將廣邀從事人體基因編輯研究的個人或研究團隊進行討論，相互交流時下科研現況及各政府規範，以確保研究過程中符合相關科學及道德規範。未來也會發展技術規範準則及適合的工具，降低基因編輯對人們可能造成的危害。在未來的兩年內，跨領域專家工作小組會透過一系列的會議匯集各界意見，最終提出可擴充、永續應用在各級層面的全面性治理架構(governance framework)。最後，跨領域專家工作小組也會匯集包含技術專利、社會科學、倫理學、社會科學等領域在內的意見。 　　WHO試圖透過建立公開透明的登記作業制度，分享各國現階段人體基因編輯的研究成果，並進行有效的管理作業。目前這項制度仍由WHO進行意見蒐集與規劃中。

著名的英國經濟學家馬爾薩斯(Malthus)在其著作<人口論>中推測：人口將成指數增長，而糧食將成線性增長；在這樣的模型下，馬爾薩斯預期未來多數人將會因糧食短缺問題，爆發糧食安全危機，此現象稱為馬爾薩斯災難(Malthusian catastrophe)。然而，隨著工業革命帶來的科學發展及技術革新下，藉由科技的進展，逐漸改變了糧食生產方式與生產量，最終避免了大規模的馬爾薩斯災難。由此可見，科技進步的同時也一並提升農糧產值，使多數人們免於飢餓之苦，這偉大成就的背後不乏遺傳育種及基因改良(genetically modified)技術的結合。 　　科學家們利用轉基因技術，將抗性基因由其他物種轉殖(transfer)到目標作物的基因組中，使標作物具備抗旱、抗寒或抗病蟲害等性狀。然而，這項技術有可能污染物種基因庫或外來基因可能由農業環境逸散至野外環境方面的風險，因此各國在上市前都會謹慎評估，並以法律規範之。為消除轉基因技術在食品及環境方面的疑慮，科學家轉而針對以CRISPR/Cas9進行的基因編輯(genome editing)技術進行探討。 　　有別於傳統基改生物(genetically modified organisms，簡稱GMOs)以基因轉殖的方式在生物的基因組中加入外來基因，基因編輯是利用CRISPR/Cas9的定位技術，利用改良的Cas9蛋白找到基因組上的目標DNA序列並與之結合，利用鹼基的插入-刪除(insertion-deletion)造成的突變，藉此靜默目標基因的功能。由於多數的基因編輯不涉及轉基因的過程，因此基因編輯作物(genome-edited crops)在某種程度上有別於基改作物。【延伸閱讀】植物如何區分有益微生物和有害微生物 　　雖然美國及日本的有關單位均認為基因編輯作物不應被視為基改作物，僅需依一般食品安全的審核標準規範即可；然而歐洲法院卻以較嚴格的標準認定基因編輯作物應比照基改作物的審核標準。比利時列日大學(University of Liège)及德國哥廷根大學(University of Goettingen)的研究團隊均認為，這樣的判決恐影響基因編輯作物在未來的應用與發展，無助於解決糧食安全問題。專家們呼籲，基因編輯作物的研究不應重蹈基改作物發展的覆轍，被嚴格的規範所限制，而是應該以謹慎的管理方式，開啟基因編輯的研究以解決未來可能發生的糧食安全問題。 　　相關評論已發表在<Science>。

玉米蚜(corn leaf aphid，Rhopalosiphum maidis)是禾本科作物中常見的害蟲，主要宿主包含玉米、稻米、小麥與高粱等常見的經濟作物。玉米蚜會以特殊構造的口器破壞植物表皮並吸吮體內葉部汁液，過程中除了對葉部發育造成影響外，玉米蚜攜帶的病原及排泄物會嚴重地影響植物的生理功能。除了施用化學性藥劑加以防治之外，生物性製劑將是減少環境衝擊與降低食安疑慮的替代方式。美國賓州州立大學(Pennsylvania State University)的研究顯示，由高粱(Sorghum，Sorghum bicolor)生合成的類黃酮(flavonoids，又稱黃酮類化合物)成分將有效地防治玉米蚜造成的病蟲害。【延伸閱讀】線蟲費洛蒙可望成為誘發作物抗性的新興生物製劑 　　類黃酮是植物生合成中常見的次級代謝物，除了一般廣為人知的抗氧化特性外，部分研究指出類黃酮也有病蟲害防治的功能。賓州州立大學的研究團隊在先前以高粱進行的研究中便得知，MYB轉錄因子之一的yellow seed1 (y1)是影響下游功能性基因表現的重要基因，研究發現高粱y1基因座的不同基因型與類黃酮3-deoxyflavonoids (3-DFs)與3-deoxyanthocyanidins (3-DAs)的生合成相關，因此確定y1在高粱類黃酮生合成中扮演的角色。研究團隊在這個基礎上進行研究，先排除兩基因型的殖株在y1基因座以外的遺傳差異，僅探討y1在功能上的差異帶來的影響，發現Y1表現型(或稱functional y1)與y1不表現型(或稱null y1)兩者在玉米蚜的防禦上有所差異。研究觀察到，Y1表現型相對於y1不表現型的植株而言，具有較佳的抗蚜蟲能力。另一方面，加入Y1中胚軸萃取液(mesocotyl extracts)進行處理的植株，會使蚜蟲死亡率提升。這也證實由轉錄因子y1調控的類黃酮生合成途徑是抗玉米蚜的重要關鍵，能有效地消滅玉米蚜個體及抑制族群成長，也顯示特定黃酮類化合物具開發成為生物製劑的潛力。 　　該研究由美國農業部糧食及農業研究所(US Department of Agriculture's National Institute of Food and Agriculture)給予經費資助，相關研究已發表在<Journal of Chemical Ecology>。

為滿足人類對肉品日益漸增的需求，畜牧業成為支撐這龐大市場的產業之一。然而研究普遍認為，傳統的畜牧業恐造成溫室效應加劇、未經處理之廢水排放也恐造成鄰近河川的污染。人造肉(cultured meat，又稱試管肉或人工肉)的研究在這個背景下孕育而生。 　　人造肉研究的目標之一是希望將動物細胞或組織以體外(in vitro)培養技術，培養出可食用的肌肉組織，並希望能在未來成為人們主要蛋白質攝取來源之一。人造肉產品率先由荷蘭馬斯垂克大學(Maastricht University)波斯特教授(Mark Post)的研究團隊於2013年展示其開發成果。之後便展開一連串的研究，相關團隊預計在2021年正式將人造肉商品化。雖然經細胞培養的人造肉在外觀上似乎與普通的肉品無異，但由於人造肉的培養的製造過程及其對環境影響與人體危害的評估仍尚待釐清，加上人造肉有別於早已上市流通並規範許久的基因改良(genetically modified)食品，因此有必要為此新興商品另立法律加以規範。 　　美國農業部食品安全檢疫局(U.S. Department of Agriculture's Food Safety and Inspection Service)與衛生及公共服務部食品藥物管理局(U.S. Department of Health and Human Services' Food and Drug Administration)於近期發表對人造肉相關規範的共同協議，協議中表示食品安全檢疫局與食品藥物管理局將共同監督由細胞/組織培養之人造肉商品。其中，食品藥物管理局將針對細胞收集、細胞儲存、細胞生長及分化等部分進行監督，而食品安全檢疫局則對以牲畜、畜禽等作為細胞/組織培養上市販售之商品進行產品品質檢驗及產品標示的監督作業。該協議確保美國人民可安心食用人造肉。【延伸閱讀】新興基因編輯CRISPR/Cas9之最新應用 　　隨著食品科技的進步，唯有嚴謹的檢測檢驗流程及一套完善的監督管理標準，才能有效地為消費者的健康把關。

美國食品藥物管理局(Food and Drug Administration)已解除於2015年批准上市的基改鮭魚(genetically modified salmon，或稱genetically engineered salmon)的進口禁令，可望最快於今年正式上市販售。這種被稱為科學怪魚(Frankenfish)的鮭魚是由美國AquaBounty Technologies, Inc.利用遺傳工程，將大西洋鮭(Salmo salar)體內加入由opAFP-GHc2兩基因組成的共構基因(gene construct)，使個體同時增強表現生長激素與抗凍蛋白的功能，與普通的大西洋鮭比較之下較能抗低溫逆境與分泌較多生長激素。由於基改鮭魚是三倍體的生物，因此理論上該研究品系不會與野外近緣族群雜交，可避免基因藉由雜交的方式破壞原始族群的基因庫，除了以上的生殖隔離機制，該基改品系也通過美國食品藥物管理局的環境影響評估。【延伸閱讀】世界衛生組織已逐步為人體基因編輯規劃治理架構 　　雖然基改鮭魚早在2015年就通過美國食品藥物管理局所規範的基改生物評估，成為美國首例基改動物核准作為食品上市的案例。然而，美國當局為統一基因改良產品的標示規範、避免食品或相關產品標示不全並善盡告知消費者之義務，美國國會指示基改相關產品須待相關配套措施上路後，方可正式核准上市。由於美國食品藥物管理局非責任主管機關，靜待相關法律制定期間，食品藥物管理局先於2016年發布進口禁令，暫時禁止在加拿大生產的基改鮭魚及其魚卵登入美國本土，並禁止國內從事販售及飼養之情事。直到2018年底，責任主管機關美國農業部(United States Department of Agriculture)建立美國國家生物工程食品揭露標準(National Bioengineered Food Disclosure)，強制要求基改或有基改之虞的食品須在上架時揭露其完整產品資訊與告知消費者可能之健康與環境風險，並統一規範標示的定義與發佈產品標章形式。有了確切的規範標準，美國食品藥物管理局便解除2015年對基改鮭魚頒布的進口禁令，未來AquaBounty Technologies, Inc.的基改鮭魚食品便可進口到美國本土進行市面販售。除商品販售外，基改鮭魚的魚卵也可進口到美國本土，飼養在由美國食品藥物管理局核准，由AquaBounty Technologies, Inc.設立在印第安納州的陸上繁養殖中心。雖然基改鮭魚通過環境風險與人體健康安全評估，但仍有部分團體或個人對此表示擔心，並發起與美國食品藥物管理局的訴訟，希望能藉由官司讓基改鮭魚下架。 　　不論民眾對基改鮭魚的評價如何，在歷時多年的研發與驗證下，美國消費者們可望在不久的將來一嚐基改鮭魚的風味。

微生物存在於環境各個角落，微生物群落(community)的組成因不同的環境而異。不同環境下的微生物具有豐富且獨特的生物多樣性，科學家們往往可在不同環境中找出具有特殊生化功能的微生物，在進行適當的培養與遺傳工程後，便可利用微生物特殊的生化特性，完成人們的研究目的。美國威斯康辛大學麥迪遜分校(University of Wisconsin-Madison)的研究團隊在土壤中發現能將植物木質素轉換成聚酯纖維(polyester)前驅物的微生物。 　　植物細胞壁中主要存在纖維素、半纖維素及木質素等物質，由於木質素在製漿造紙產業中的附加價值不高，因此多做為副產物處理。然而研究團隊在土壤中發現學名為Novosphingobium aromaticivorans (Sphingomonadaceae)的微生物，是一種能將木質素轉化成其他化合物的微生物。該微生物能藉由體內的多種酵素，將一群特定芳香烴結構的化合物經不同酵素與生合成途徑，轉化為2-pyrone-4,6-dicarboxylic acid (簡稱PDC)，這種將多種前驅物經不同酵素轉化為同一產物的過程稱為生物漏斗(biological funneling)。而上述的PDC可做為聚酯纖維的前驅物，該過程可望取代傳統以石化為原料進行合成的人造纖維，在減少石油的消耗之餘，同時也解決農、工業副產物的問題。由於PDC在微生物體內也僅是整個生合成途徑的中間產物(intermediates)，為達到最佳產值，研究團隊對N. aromaticivorans進行遺傳工程，刪除代謝PDC的上游基因，確保PDC成為最終產物，藉此增加PDC的產量。【延伸閱讀】利用海藻生產生物塑膠的新方法 　　研究團隊在土壤中發現並改良的微生物可望於未來取代石化製造的聚酯纖維，解決農業副產物的問題，研究團隊也會在未來研究如何將生產規模提升。 　　相關研究已發表在<Green Chemistry>。

新興基因編輯(genome editing，或稱gene editing)技術的雛型最早源自於細菌對抗病毒感染的免疫機制。基因編輯技術可在辨識特定的基因片段達到精準定位後，再對定位區域的DNA進行片段的剪切或改造。由於基因編輯是一套較新的分子生物技術，因此各國皆針對基因編輯食品的安全性評估及是否為基改食品的認定標準進行討論，其中，美國與歐盟對基因編輯作物、食品或商品的立場有所不同。 　　一方面，美國農業部(U.S. Department of Agriculture)認為基因編輯的食品不必經法律規範；另一方面，歐盟則已由歐洲法院在去年7月裁定，凡產品製造過程涉及任何形式的遺傳方式改良，包含基因編輯技術在內，皆視為基改食品，一律受基改相關規範。日本厚生勞動省藥事食品、衛生審議會(厚生労働省薬事・食品衛生審議会)近日也針對新興基因編輯技術在食品應用方面提出建議報告，認為基因編輯食品可以現行食品衛生安全法規進行規範，在標示食品開發者提供之基因編輯技術、修改基因資訊及及其他細節後即可上市，毋須如基改食品上市前的評估審查與標示檢驗合格標章。 　　日本厚生勞動省藥事、食品衛生審議會的專家們認為，傳統基改常使用的方式是轉入(transfer)外來物種的遺傳片段到目標物種的染色體上，過程涉及外來遺傳物質轉移，屬基因轉殖(transgenic，又稱轉基因)的範疇；而基因編輯可利用像是CRISPR/Cas9基因編輯系統，精準地將目標基因靜默(gene silencing)或令部分DNA鹼基對發生突變。該觀點與美國農業部的看法類似，認為過程中僅藉由基因編輯技術隨機造成DNA鹼基的插入-刪除突變(insertion-deletion mutation)，而非傳統基因轉殖加入外來物種遺傳片段的做法。換言之，在此觀點下的基因編輯技術僅被當作增加突變率及提高遺傳變異的手段，此方法可縮短人們選拔目標性狀的時間及過程。然而，藥事、食品衛生審議會的建議報告中也提到，若基因編輯相關技術細節不夠詳細，則得進一步探討安全評估事宜。【延伸閱讀】正確食品標示的基改鮭魚產品可望正式在美國販售 　　雖然代表日本政府的專家們已為基因編輯的食品安全背書，但消費團體仍不樂見基改食品上市，並希望產品上市前應先進行安全檢驗並清楚標明基改內容。面對排山倒海的意見，日本政府會在匯集專家建議、擬定指導策略的同時，持續地跟廣大農民及消費群眾溝通，在專家建議與民眾意見間取得普遍都能接受的共識。

植物病蟲害是農業生產上所面臨的重大問題之一，除透過農藥或生物製劑消滅病原體或害蟲外，人們常藉助分子育種的方式找出與抗病蟲害相關或與之連鎖的遺傳特徵(trait，又稱性狀)，將這些特徵作為分子標記(molecular marker)，再利用分子標記篩選出具有目標性狀個體。在影響表現型的遺傳研究中，早期多以分子生物學的中心法則(central dogma)為前提，探討遺傳物質本身(即DNA)的差異對表現型的影響；近十年在表觀遺傳學(epigenetics)的研究中進一步發現，透過DNA化學修飾的過程，可使得具有相同DNA特徵(或遺傳特徵)的個體，因DNA甲基化(DNA methylation)的不同，產生不同的表現型，而在這些表現型中，可能有些甲基化位置與抗性特徵有關。為釐清DNA甲基化的位置與遺傳形式在植物抗病蟲害方面的關聯性，英國雪菲爾大學(University of Sheffield)的研究團隊以具有完整遺傳背景阿拉伯芥(Arabidopsis)進行研究，找出DNA甲基化對植物抗病蟲害能力的影響。 　　研究首先建構具相同遺傳背景(即相同基因組)，但分別表現不同DNA甲基化形式的表觀遺傳重組自交系(epigenetic recombinant inbred lines，簡稱epiRILs)。透過自交系的研究發現，有4個低甲基化(hypomethylated)基因座(locus)與抵抗露菌病(downy mildew)的抗性有關。研究進一步發現，這些受低甲基化影響的4個基因座與植物生長、抗環境逆境的能力無關，顯示植物的生長發育並不會因這些區域的DNA受到甲基化的變化而有所改變，這些區域的甲基化程度僅會影響植物抗露菌病的能力。【延伸閱讀】國際水稻研究所推出監控及預防水稻白葉枯病爆發的工具 　　透過表觀遺傳學的研究，英國雪菲爾大學的研究揭示部分基因座在不改變DNA序列的情況下，透過DNA甲基化或去甲基化獲得抗病害的能力，而這些受甲基化影響的區域可遺傳至下一代。相關研究可望用於作物育種之用，解決人們長期倚賴大量農藥與確保糧食安全方面的問題。

陸生植物是長期在地表成功演化的生物，其所產生的化合物將直接或間接的影響植物對環境的適應與個體間的繁殖能力。植物體代謝產生的化合物稱作代謝物，可依其生合成的途徑進行分類。一般而言可將代謝途徑分為：泛物種存在並用以維持基本生理功能的初級代謝途徑(primary metabolism，或稱general metabolism，簡稱GM)；以及存在種間特化並用以防禦或適應功能的次級代謝途徑(secondary metabolism)，又由於其功能特化在不同的分類群間有所差異，因此次級代謝途徑又被稱作特化代謝途徑(specialized metabolism，簡稱SM)。植物產生的化合物在農業、醫療及生化等領域可能富含高經濟價值的潛力，以農業應用為例，許多抗病蟲害製劑或含費洛蒙成分的化學生物藥劑是提煉自特定植物的化合物，不但在施用上對環境友善，也使作物避免病蟲害的威脅。 　　由於植物的基因體數據量龐大且存在種間差異，加上若分別以傳統植物生理與分子生物學研究某特定代謝途徑將是耗時的做法。為此，密西根州立大學(Michigan State University)的研究團隊採取不同的做法，研究團隊先以模式植物阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)的基因組數據進行研究，並以機器學習的方法，將3萬多個基因按代謝途徑分成GM或SM兩種。研究團隊表示，機器學習的方法就如同在電子商務中透過分析消費者的瀏覽模式，預測消費者潛在可能購買的商品，並以客製化的方式呈現廣告內容。利用新興機器學習的方法，研究團隊得以在未知功能的基因中，將基因依代謝途徑進行預測並分類，藉此一窺其可能扮演的角色。 　　密西根大學的研究團隊完美的展現計算生物學與生物化學間跨域合作的研究模式，透過機器學習進一步預測基因的分類，將有助於候選基因的挑選。該研究也可進一部推廣到阿拉伯芥以外，用在其他的植物類群，藉此發現農業、醫療或工業用途的新興植物代謝化合物。【延伸閱讀】適用於現場的攜帶式設備能預防豬隻傳染病的傳播 　　該研究由美國國家科學基金會(National Science Foundation)提供資金方面的協助，最新研究成果已發表在著名期刊<Proceedings of the National Academy of Sciences>。

蝙蝠是具飛行能力的小型哺乳動物，由於長距離移動能力佳，因此容易成為攜帶與傳播病原體的帶原者，著名的伊波拉病毒(Ebola virus)就是在非洲透過感染的果蝠進行傳播，再經由人為的活動擴散至全世界，顯見蝙蝠在人畜共通傳染病中所扮演的角色。除之前發現的伊波拉病毒外，蝙蝠同樣會攜帶並傳播如寄生蟲(parasite)、流感病毒(influenza)等常見的病原體。瑞士蘇黎世大學(University of Zurich)的研究團隊在近期的研究發現，蝙蝠流感病毒具有潛在跨物種感染的能力。 　　一般所認知的流感病毒是利用辨識宿主細胞膜上的唾液酸(sialic acids，一種醣蛋白)，並與唾液酸的化學結構結合達到感染宿主細胞的目標，由於該化學結構普遍存在於人類、畜禽與牲畜的細胞表面，因此容易造成跨物種間的感染。然而蝙蝠流感病毒並非倚靠與唾液酸結合的感染方式，因此蝙蝠流感病毒感染宿主細胞的方式成為研究主要的重點。蘇黎世大學的研究團隊透過CRISPR-Cas9篩選技術進行全基因組的篩選，發現有別於一般流感病毒辨識宿主細胞的方式，蝙蝠流感病毒可透過識別人類第二型主要組織相容性複合體(major histocompatibility complex class II，簡稱MHC-II，是種呈現在於特定免疫細胞的表面抗原蛋白)，藉此感染人類宿主細胞。【延伸閱讀】高營養濃度的飲食會影響牛的肝臟健康 　　除此之外，研究團隊也發現蝙蝠流感病毒同樣會感染雞、豬、鼠等常見的牲畜或居家小動物。這也顯示蝙蝠流感病毒除了是人畜共通傳染病毒外，更是潛在可能造成畜牧業爆發大規模傳染，一旦大爆方將造成重大經濟損失的傳染病。雖然現在尚未觀察到蝙蝠以外的病毒感染現象，但相關的可能性將不容忽視。 　　該研究成果已刊登在<Nature>。

雞蛋在飲食上，是平價、易取得的蛋白質來源，在醫療上則是作為流感疫苗的主要材料。近期的研究指出，未來可透過遺傳工程的方式，將雞蛋變成具有抗癌療效的蛋白質類藥物(protein drugs)。 　　遺傳工程技術是以任一生物作為表現載體，將人們感興趣的遺傳性狀植入生物體中，透過較有效率的表現，藉此獲得相對應的表徵或目標蛋白。英國愛丁堡大學(University of Edinburgh)以遺傳工程的方式，對蛋雞進行改良，做為生物反應器(bioreactor)，使其穩定產下具抗癌效果的雞蛋。 　　愛丁堡大學的研究團隊最初鎖定人體免疫系統中，具有抗癌效果與治療潛力的兩種蛋白，分別為干擾素α2a (IFNα2a)與巨噬細胞群落刺激因子(macrophage-CSF1)，前者具有抗病毒與抗癌的效果，後者則具有刺激身體組織修復的機能。在確認治療蛋白後，研究團隊以蛋雞做為載體，將IFNα2a及CSF1的基因轉殖到其中，讓遺傳工程蛋雞產下的雞蛋中含有IFNα2a及CSF1兩種抗癌蛋白。研究團隊表示，只需2-3顆抗癌蛋，便能達到相當於1次療程所需的藥物劑量，對於一年可生產300多顆雞蛋的母雞而言，是個相當具有經濟效益的一項作法。現階段研究雖已初步確認其遺傳工程效果，但未來仍需近一步透過動物及臨床試驗驗證其療效。【延伸閱讀】研究進一步證實咖啡因可提升男女運動員的運動能力 　　在未來，傳統的養殖產業可望藉由生物技術手段，將原本普通的雞蛋變成高附加價值的藥品。雖然愛丁堡大學的研究距離商業化生產與臨床應用仍有一段距離，但研究的突破將成為抗癌的新希望。

部分沙門氏桿菌屬(Salmonella)的物種能在人與動物之間傳染，一旦飼養的動物攜帶這類病原菌，將影響畜牧與相關肉品加工產業，人們的健康也因此受到威脅。據統計，美國本土在2009-2015這6年間就爆發近3,000起透過食物傳染的食媒性疾病(foodborne disease)，其中有900多起與沙門氏桿菌感染有關，占總事件的30%。為預防人畜共通傳染病大規模爆發與發展良好的防治策略，將成為重要的關鍵。相關的防檢疫策略應著重在落實源頭管理，導入農場到餐桌(from farm to table)的管理監控，從根本的畜牧生產端就應進行把關，因此初期的防檢疫應被視為不可或缺之一環，相關的防檢疫技術也因此孕育而生。 　　美國喬治亞大學食品安全中心(University of Georgia Center for Food Safety in Griffin)的研究團隊對人畜共通傳染病的沙門氏桿菌進行研究，針對沙門氏桿菌的特定血清型Typhimurium進行全基因組的定序及序列分析，並重建Typhimurium型的菌株在牛、豬、雞等飼養畜禽與其他物種間的親緣關係。研究團隊利用隨機森林(random forest)演算法，將已知1300多個Typhimurium型沙門氏桿菌的基因組以機器學習(machine learning)的方式，訓練機器判讀Typhimurium型沙門氏桿菌基因組中3,000多個遺傳特徵，藉由遺傳變異區分細菌可能的來源並加以分類，最終將機器學習的結果用在預測未知特定病源，藉此達到源頭管控與防檢疫之目的。【延伸閱讀】以機器學習揭露植物功能性基因的秘辛 　　由於生物基因組的資訊量極大，未來的趨勢將不外乎是透過經演算法訓練的機器協助找到特定傳染病做好源頭管理，並用在防治傳染病大爆發。該研究現已成功預測大部分的動物性來源的Typhimurium型沙門氏桿菌，其準確率高達83%；其中預測準確率最高的是來自家禽與豬的Typhimurium型沙門氏桿菌，其次則是來自牛及野生鳥類的Typhimurium型沙門氏桿菌。未來研究將藉由蒐集更多沙門氏桿菌的基因組資料，藉此優化機器的學習預測能力。 　　該研究已發表在美國疾病管制與預防中心的研究刊物<Emerging Infectious Diseases>中。

糧食安全一直是世界各國關注的重要課題，透過現代化分子生物技術改良作物的遺傳性狀，將大幅提升作物產量，避免糧食短缺的問題。中國大陸華南農業大學運用基因轉殖的方式，改良水稻(Oryza sativa, rice)葉綠體胞器中的酵素活性，藉此提高其生產量。 　　在植物生理中，植物經光合作用將二氧化碳固定後，以醣類的形式儲存能量。然而除了光合作用外，包括水稻在內的C3植物，皆具有光合作用與光呼吸作用兩種代謝途徑，由於發生在葉綠體中的光呼吸作用產生的乙醇酸會被進一步轉移到其他胞器中代謝成二氧化碳及氨，其產生的二氧化碳無法直接在葉綠體內經光合作用所固定，因此如何減少光呼吸作用帶來的影響、提高葉綠體胞器內可直接利用的二氧化碳濃度，進而提升光合作用的固碳效率，藉此增加作物產量成了研究的重點方向之一。中國大陸華南農業大學的研究團隊建立了以農桿菌(Agrobacterium)作為基因轉殖的技術，改良水稻葉綠體內的三個酵素，分別為乙醇酸氧化酶(glycolate oxidase)、草酸鹽氧化酶(oxalate oxidase)與過氧化氫酶(catalase)。這三種酵素可在葉綠體內形成GOC途徑(GOC pathway)，透過GOC途徑，植物體可迅速將光呼吸作用產生的乙醇酸在胞器內迅速地代謝成二氧化碳、水及氧氣，在胞器內產生的二氧化碳便可直接做為光合作用的碳源，可避免乙醇酸進一步轉移至其他胞器，減少額外消耗其他能量進行代謝的過程。研究發現，轉殖後具有GOC途徑的基改水稻與普通水稻相比，基改水稻具有較低的光呼吸效率、較高的光合作用效率、葉綠體內具有較高的二氧化碳濃度；基改的株型則顯得較碩大、翠綠，稻穀收成提升7-27%，各種結果皆顯示基改水稻具有提升糧食生產的潛力。【延伸閱讀】藉由發展具多元營養素之稻米品種以解決營養需求問題 　　中國大陸華南農業大學利用農桿菌提升水稻產量的作法，有別於以往僅改變單一酵素的手段，研究藉由一次改良作物體內多個基因，影響作物生合成途徑的方式，進而改變其光合作用效率、提高收穫量。華南農業大學的研究團隊也計畫將該基改技術應用在其他作物上，盼能提高其他糧食作物的產量。 　　該研究由中國國家自然科學基金會資助，相關研究成果已發表在<Molecular Plant>。

為有效且快速地檢測受感染的個體，由Oxford Nanopore研發方便隨身攜帶的檢測裝置MinION因此誕生，該裝置近年來已大量應用在人類及動物的疾病檢測，透過新一代定序技術及高通量測序的原理，短時間內便可比對出受到病毒感染的檢體。如小型實驗室般的裝置能快速且大量測定檢體病毒的所有DNA或RNA的序列資訊，相關應用已使用在檢測茲卡病毒及伊波拉病毒兩種RNA病毒的檢測，對疫區疫情的控制有著顯著的效果。相較於動物病毒檢測方面的應用，法國農業研究發展國際合作中心(Centre de coopération internationale en recherche agronomique pour le développement，簡稱CIRAD)的研究團隊希望能同樣則利用Oxford Nanopore的檢測裝置，建立快速檢測植物病毒基因組的技術及流程。 　　法國農業研究發展國際合作中心以重要的經濟作物參薯(water yam, Dioscorea alata)作為研究對象，並利用Oxford Nanopore的檢測裝置MinION進行感染病毒的測定分析。研究首先以傳統定序法(Sanger sequencing)建立參薯病毒的參考基因組，並以此為標準作為MinION定序參照比對之用。研究顯示，以MinION測出的病毒序列與傳統定序法所得到的結果相比，相似程度高達99.8%，這表示Oxford Nanopore開發的MinION同樣可有效地應用在植物病毒的檢測，定序的準確度也相當理想。研究成果意味著人們可隨時攜帶檢測裝置，及時於作物栽種現場進行病害管理監控，省去採樣送驗的時間成本，同時避免病毒在短時間內大爆發的風險。【延伸閱讀】微流體晶片技術可快速診斷多種植物病毒所引起的疾病 　　法國農業研究發展國際合作中心主要致力於熱帶及地中海地區農業發展，該檢測的推廣將有助於即時監控栽種地區的疫情，適用於通訊或交通不便的農業地區。研究團隊並希望能藉由儀器的高精確度，在未來將該檢測開發在其他物種的病毒檢測與全基因組的定序方面。 　　該研究由Agropolis Fondation資助相關經費，研究成果已發表在<Scientific Reports>。

植物在面臨環境變化的過程中，演化出許多機制以適應自然界的變化。近日由英國伯明罕大學(Universities of Birmingham)與諾丁漢大學(University of Nottingham)共同的研究發現，陸生開花植物具有一套感知及記憶環境狀態的能力。 　　在植物演化的過程中，發展出一套與記憶相關的基因進行調控，以對抗極端的環境狀況與逆境。舉例而言，許多植物會記住一段寒冷的冬日，以確保開花時間是在溫暖的春天而非寒冷的冬天，其中參與調控蛋白群，被稱作PRC2 (polycomb repressive complex 2)。過去的研究已知，在寒冷的情況下，這群蛋白會匯聚形成PRC2複合物，並將植物由營養生長模式轉為繁殖開花模式，待天氣稍微回暖時，植株就能在春天綻放花朵，繁衍後代，而這種經低溫誘導將植物變成繁殖模式的現象，稱作春化作用(vernalization)。最新的研究發現，或許有其他基因與蛋白參與調控。 　　在最新的研究中提到，研究團隊發現在阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)的PRC2複合物中有個核心蛋白稱作VRN2 (vernalization 2)，研究團隊發現VRN2在較溫暖、氧氣含量充足的環境下會被分解失活；而當面臨淹水、含氧量低等逆境時，VRN2結構會開始穩定且逐漸累積，顯示VRN2與環境含氧量有關。在另一方面，研究也證實VRN2會在低溫逆境的情況下累積，使得PRC2複合物在溫度回暖時便能啟動開花程序，這樣的過程與植物面臨淹水缺氧逆境時的機制極為相似，證實VRN2在春化作用時的重要性。 　　春化處理在農業應用上十分重要，許多臺灣重要的作物如龍眼或荔枝等果樹，皆需經一定時間的低溫誘導後方能開花結果。在現今面臨全球氣候變遷與極端氣候下，暖冬常造成花芽分化率偏低，影響果樹結實率。該研究成果提供植物逆境調控基因之基礎研究，或許能應用在品種選育與作物經營管理方面。【延伸閱讀】STRK1基因促進鹽鹼土中的水稻生長和產量 　　該研究獲得歐洲研究委員會(European Research Council)與英國生物技術暨生物科學研究委員會(Biotechnological and Biological Sciences Research council)的研究經費資助，該研究成果已發表在<Nature Communications>。

某些植物在種內存在花部結構多型性，部分多型性構造可造成合子前生殖隔離，進一步避免自花授粉，異型花柱(heterostyly)結構便是其中一種常見的花部特徵，其中廣為人知的物種包含原產於歐洲的園藝物種櫻草屬(又稱報春花屬，primrose；Primula, Primulaceae)植物。 　　異型花柱係指在同一物種在花部結構上，花藥與柱頭在相對位置上呈現至少2種以上的差異構造，在花部形態上，有些花朵呈現花藥位置較柱頭高的形態，有些則呈現相反的形態。早在19世紀，達爾文(Charles Darwin)就已記錄報春花科(Primulaceae)中具有異型花柱的形態特徵，直至近代，科學家們對於形態發育的研究有了更進一步的了解。英國東安格利亞大學(University of East Anglia，簡稱UEA)與厄爾漢學院(Earlham Institute)利用常見的植物農桿菌轉殖系統，透過農桿菌(Agrobacterium tumefaciens)感染的方式影響調控異型花柱的已知關鍵基因S-Locus上，以此建置一套有別於模式物種的農桿菌轉殖系統。由於如同阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)在內，多數模式物種的花部構造為同型花柱(homostyly)，因此建置櫻草屬物種的轉殖系統有助於更進一步了解異型花柱在花部形態發育及發育演化方面的意義。【延伸閱讀】基因工程提升光合菌的固氮活性 　　花柱形態差異通常與植物的交配系統有關，釐清植物以自交或雜交的分子機制，是農園藝育種研究不可或缺的一環，該研究在農作物交配系統上奠定深厚的基礎。研究團隊目前首要目標仍是致力發展更穩定的農桿菌轉殖系統，並希望在未來以基因編輯CRISPR-Cas9技術，進一步釐清相關基因的確切功能。該研究詳細的實驗流程及系統建置方法已發表在<Plant Methods>。

新興基因編輯(gene editing)技術被譽為是現代生物科學上最大的突破。藉由基因編輯技術，科學家可精確地針對基因組上特定位置進行修改，將原本的遺傳訊息進行置換或剪切。該技術可應用在生物、醫學甚至是農業領域，幫助人們解決疾病、作物產量等問題。以CRISPR/Cas9發展的基因編輯技術最初源於細菌的免疫機制，科學家透過改造Cas9蛋白的功能，達到精準標定與編輯的目的。過去科學家利用改造後的單股RNA片段(稱作引導RNA (guide RNA, gRNA))與Cas9蛋白形成的複合體，對目標DNA序列進行定位，Cas9-gRNA複合體根據gRNA與目標DNA精確的結合，便可精準地作用在被定位的DNA位置。根據CRISPR/Cas9的定位機制，科學家可利用失去DNA內切酶功能的dCas9 (nuclease-null Cas9，或稱dead Cas9)與目標DNA交互作用的特性，透過抑制或促進目標基因上游轉錄因子，研究目標基因調控的詳細機轉過程。 　　德拉瓦大學(University of Delaware)的研究團隊在gRNA的基礎上進行改造，將原始gRNA中設計的目標片段辨識區(Spacer)變成髮夾構型(hairpin-like structure)，只有在gRNA片段中的toehold區域與其他外來短片段結合的情況下，才能解除髮夾構型，這時gRNA的Spacer才能識別目標DNA序列，並與目標DNA結合，當gRNA成功與目標DNA結合，便可啟動dCas9的酵素功能，達到dCas9調控目標DNA序列的目的。【延伸閱讀】製作人羊嵌合體之突破 　　德拉瓦大學研究團隊所改造的gRNA稱作toehold-gated gRNA (thgRNA)，其調控機制已在大腸桿菌的模式中受到證實。該項由美國國家科學基金會資助(National Science Foundation)的研究可望應用在未來基因表現調控上，使人們精準控制基因表現的強弱。相關研究已發表在<Nature Chemical Biology>。

真菌是自然界中常見的微生物，人們若誤食受真菌感染的農畜產品，輕者將引發腸胃道不適，重者則引發急性中毒反應，黃麴黴菌所產生的毒素就是其中一例，該黴菌常見於採收後受潮的花生堆中，黃麴黴菌產生的黃麴毒素具肝毒性，一旦不慎攝入過量的黃麴毒素恐導致肝臟衰竭喪命。由於真菌是主要引發農糧食品採收後的致病因子之一，倘若保存條件與採收後處理稍有問題，真菌一旦伺機性感染，恐引發大規模糧食安全問題，對於農產品安全而言乃一大隱憂。為有效抑制真菌繁殖，除透過改善儲藏環境與食物滅菌消毒外，開發抗真菌劑(antifungal agents)亦是解決手段之一。由於現存既有的抗真菌劑無法抑制已產生抗性的真菌、對部分施用者有不良反應及詳細生物機轉未知等因素，導致抗真菌劑產品無法上市或上市後面臨乏人問津的窘境，因此開發新型態的抗真菌劑是當前刻不容緩的重點研發項目。 　　一項由西班牙農業基因體研究中心(Centre for Research in Agricultural Genomics, Spain)、分子生物與細胞植物學研究院(Instituto de Biología Molecular y Celular de Plantas, Spain)及農業化學與食品科技研究院(Instituto de Agroquímica y Tecnología de alimentos, Spain)在先前的研究發現，某些絲狀真菌能生產抗真菌蛋白(antifungal proteins，簡稱AFPs)用以抑制其他真菌生長。研究團隊因此共同開發以菸草鑲嵌病毒做為表現載體，將基因轉殖到菸草鑲嵌病毒的表現系統。研究團隊接著讓轉殖後的煙草鑲嵌病毒感染菸草，再將表現的蛋白質純化後獲得抗真菌蛋白。經實驗證實，該表現系統生產的蛋白質產物能成功抑制番茄灰黴病。【延伸閱讀】微生物組的研究是提高番薯產量重要的第一步 　　西班牙研究團隊的研究顯示，以菸草鑲嵌病毒作為載體的表現系統能提供穩定且具抗真菌效果的蛋白質製劑，目前研究團隊仍試著將研究規模擴大，待有朝一日能以商業化規模生產，將抗真菌劑應用在農產品病蟲害防治與農產品防腐保鮮方面。 　　該研究由西班牙科學部(Ministry of Science, Innovation and Universities)提供研究經費，相關研究成果已發表在<Plant Biotechnology Journal>。