水稻是熱帶季風地區主要糧食作物之一，水稻品質及產量與人們生活息息相關。面對氣候變遷、自然資源短缺等挑戰，並因應人們對於高品質、多功能等生活要求，如何更有效率的完成育種，提高水稻品質以應對病蟲害威脅、營養或健康需求，是研究人員需要共同努力的目標。全球共計保留了78萬份水稻種源，需要適切且良好的利用這些資源，才能真正有利於人類社會。 　　為弄清水稻基因組中隱藏的秘密，2011年9月份，中國農業科學院聯合國際水稻研究所等單位共同啟動了「3000份水稻基因組研究計畫」，樣本來自於中國、南亞及東南亞等89個地區，該研究通過全基因組定序、建立基因圖譜、SNP (Single Nucleotide Polymorphism)分析與進行族群分類，將水稻品種由傳統的5個亞群增加為9個，分別是東亞(中國)的秈稻、南亞的秈稻、東南亞的秈稻和現代秈稻品種等4個秈稻群體；東南亞的溫帶粳稻、熱帶粳稻、亞熱帶粳稻等3個粳稻群體；以及來自印度和孟加拉的Aus和香稻。為了深入了解水稻基因的進化與馴化歷程，進行蛋白質序列比對以推估新基因出現的時間，並討論不同水稻間的基因變異與遺傳多樣性。【延伸閱讀】運用生物工程技術將可望提升近三成水稻產量 　　傳統育種在親代植株的雜交過程中無法得知預期的基因性狀出現在何種位置，只能依據經驗判斷；透過如此大規模的資料收集與整理分析，有助於加快優質水稻的開發，未來將致力於加強遺傳資訊平台與分子育種的整合，提高重要農業性狀的分子育種效率。此外，該研究首次提出了秈、粳亞種的獨立多起源假說，秈稻中很多基因並不存在於粳稻中，反之亦然；而水稻依據地緣不同，長期演化後會形成獨特的基因群，因此研究人員認為秈稻和粳稻屬中性名詞，不應帶有明顯的地域性差異。 　　該研究由中國農業科學院作物科學研究所、聯合國際水稻研究所、上海交通大學、深圳農業基因組研究所、美國亞利桑那大學(University of Arizona)等16個單位共同完成，相關研究刊登於<Nature>。

青蒿是一年生草本植物，屬於傳統中草藥之一，也是抗瘧疾藥物-青蒿素(Artemisinin)的天然來源。瘧疾是一個具全球影響性的傳染病，根據世界衛生組織的統計，光是在2016就有約2.16億件新發生的瘧疾病例，造成44.5萬人死亡，且有近10億人生活於高風險地區。青蒿素是由中國中醫科學院的屠呦呦研究員所帶領的團隊發現，目前已成為世界衛生組織所推薦的抗瘧疾的標準治療藥物之一，挽救了數百萬名瘧疾患者的生命。中國重慶市西陽縣是世界上最大的青蒿原料生產地，當地的青蒿種植已具有一定規模；然而青蒿素在青蒿中含量極低，故現今也有以酵母菌合成前驅物青蒿酸，再以人工進行化學合成的作法，惟成本仍居高不下，因此目前仍是以農業生產之青蒿作為最主要的原料。 　　由於青蒿素為青蒿所產生之次級代謝產物，了解青蒿基因體與轉錄體的調控有利於科學家釐清青蒿素的合成途徑與參與調控的基因，幫助挑選適合植株或進行轉基因工程，使得青蒿素得以大規模生產，以滿足全球日益增長的需求。研究人員透過定序與資料庫比對，發現了與青蒿素合成調控有關的三個基因-HMGR、FPS和DBR2，所培養的轉基因植株中的青蒿素與二氫青蒿素(dihydroartemisinin acid)含量也較野生株高出許多。此外，還發現AaMYB2基因能夠調節青蒿素的合成途徑中的多個特異性基因，顯示相關的轉綠因子也有可能參與青蒿素的合成。【延伸閱讀】利用霰彈槍定序法揭示落花生的全基因組遺傳資訊 　　目前研究人員培養出了高青蒿素含量的青蒿品系，青蒿素含量可達佔葉片乾重的3.2％，相關的種子已送到馬達加斯加進行田間試驗，未來目標是開發青蒿素含量達5%的植株品系，以期降低植物來源青蒿素的價格，造福需要的病患。 　　相關研究發表於<Molecular Plant>

土壤鹽鹼化(soil salinization)常發生過度灌溉及排水不良之地區，因土壤中的鹽分隨著水分由毛細作用帶到土壤表層並堆積，造成土表鹽分過高，進而影響植物生理反應及產量。近年來隨著世界各國重視糧食安全議題，土壤鹽鹼化問題也逐漸浮上檯面，目前全球約有20%灌溉地區的鹽分過高。 　　水稻(Oryza sativa)是世界上主要糧食作物之一，對土壤鹽分較為敏感，若種植於高鹽度土壤中會導致產量嚴重下降。為了供應穩定糧食給快速增長的人口，開發水稻耐旱與耐鹽的相關特性顯得非常重要。而中國長沙湖南大學確認水稻中的STRK1(salt tolerance receptor-like cytoplasmic kinase 1)基因表現與改善水稻在高鹽度土壤中的產量相關。【延伸閱讀】最新研究發現數個可提升高粱產量的關鍵基因 　　在高鹽度環境下，STRK1基因表現量較高的水稻生長狀況較對照組佳，且產量也較高，顯示STRK1可能與水稻的耐鹽特性息息相關。一般的高鹽環境會刺激細胞產生大量的過氧化氫(H2O2)，影響植物正常的生理活性，使得葉片縮小、黃化、捲曲、植株矮化甚至於萎凋等情形，使得產量受到影響。而STRK1基因轉譯所產生的蛋白質會經由磷酸化作用活化細胞膜上的CatC(Catalase)蛋白質，促使其將過氧化氫分解，減少過氧化氫累積對細胞的毒害。相關發現可做為未來水稻育種時挑選的標靶基因之一，且幫助鹽分較高的土地維持一定的糧食產量。 　　相關研究發表於<The Plant Cell>

受到疾病或意外影響，部分醫療人口需要經由器官移植才有復原的希望；雖然目前已有器官捐贈推廣及人工製造器官的研發，器官移植需求仍然龐大。以美國為例，每年就有超過十萬顆的心臟需求，但只有約兩千人能接受心臟移植；為解決此一困境，各界研究人員正努力找尋再生醫學發展之相關出路，包含3D列印技術、人造機械器官等，另外還有科學家正在嘗試製造含有兩種不同物種的嵌合體(chimaera)—希望人類器官能成功長在親緣關係較相近的豬或綿羊身上。 　　然而此種想法需要克服不同物種間的免疫排斥問題，成為再生醫學研究發展上的重大障礙，因此使用不同來源之多能性幹細胞(pluripotent stem cell, PSC)為另一種新的選擇，且PSC需具有良好的自我更新能力、分化多能性並與細胞移植之個體相容，才適合作為發展標的。2017年時〈Cell〉期刊已發表了關於PSC衍生物—種間囊胚互補(Interspecies blastocyst complementation)，提供了在動物身上產生人體器官的可能性發展研究。 　　首先分離一種動物的幹細胞，注入另一物種(宿主)的胚胎中，再利用CRISPR-Cas9編輯融合胚胎的基因組防止免疫排斥，通過此種方式，人體器官就能在其他動物體內生長。2017年時研究人員已在大鼠(rats)身上培養出小鼠(mouse)胰腺，且移植胰腺可以治療小鼠的糖尿病，也成功使注入人類幹細胞的豬胚胎存活28天；然而豬胚胎中的人類細胞數量約為十萬分之一，而目前預估成功的器官移植須至少達到百分之一的細胞比率，故此研究仍有突破空間。【延伸閱讀】利用DNA檢測食物中微量的花生成份 　　經過一年的改進與測試，加利福尼亞大學戴維斯分校(University of California, Davis)的研究人員Pablo Ross於2018年美國科學促進會上(American Association for the Advancement of Science annual meeting)宣布創造了第二個成功的人—動物嵌合體：0.01％的人羊胚胎。但美國國立衛生研究院目前禁止公共資助人畜混合動物，且法規規定不得使此種胚胎發育超過28天，這些外在因素也限制了相關技術的發展。 　　雖然再生醫學中所使用的方法皆具有不同爭議，但都為面臨死亡的病人提供一線希望，直至真正廣泛應用到臨床醫療之前，仍需醫界、工程界及生物科學界共同努力。

全球農業目前面臨著人口爆炸和氣候變化帶來的巨大挑戰，全球暖化嚴重影響乾燥地區可耕作用地之數量，為了滿足糧食供需，提高糧食安全，因此尋找促進作物生長與生產的方法刻不容緩。國際生物農業中心(International Center for Biosaline Agriculture，ICBA)、阿拉伯阿布都拉國王科技大學(King Abdullah University of Science and Technology，KAUST)、荷蘭瓦赫寧恩大學(Wageningen University)與德國聯邦種植植物研究中心(Julius Kühn-Institut，JKI)提出了「Darwin21」計畫，旨在調查沙漠微生物及乾燥地區重建永續農業系統的應用。 　　作物需要更強的抗逆境能力，育種技術與基因工程雖可解決此一需求，但也耗費大量時間；若是可以現有之微生物直接或間接輔助植物生長，則更能節省時間和成本。存在植物根圈附近的微生物能夠影響土壤性質與植物健康，故DARWIN21計畫的其中一個項目為探索沙漠微生物多樣性，期望能在高溫、高鹽或缺水條件下仍然存活的先鋒植物找出提升其存活率的根圈微生物，並調查其在沙漠及其邊緣地區改善農業永續性的潛力，藉此重建當地農業。 　　由Heribert Hirt教授所帶領的團隊就針對了SA187細菌進行研究，此細菌從一種稱為「木藍(Indigofera argentea)」的沙漠植物根留中分離；經過全基因組定序，目前已發現其具多種促進植物於逆境中生長的基因。此外，受到SA187細菌處理的阿拉伯芥(Arabidopsis thaliana)幼苗於逆境中的生長較未處理組更佳，顯示細菌可調節其酵素分泌以幫助植物健康生長。而該團隊將SA187細菌的基因組進行分析，發現它可能屬於腸桿菌科(Enterobacteriaceae family)內的新屬，此結果尚待進一步調查，才能準確描述其分類地位。【延伸閱讀】研究可抵抗多重逆境環境之關鍵基因 　　該團隊還開發了此細菌的應用性，現在正創建一家非營利性公司，向世界各地的貧困農民推廣SA187，於播種前塗在植物種子上，希望能夠增加農民收成，以改善其農業生產與生活。

細胞間的訊息依其分泌的胞外囊泡(Extracellular vesicles, EVs )傳送，通過血液或體液傳達到身體其他區域，這些囊泡扮演著溝通與微環境調節的角色。因此囊泡運輸系統中與疾病相關的生物標記分子(biomarker)，可作為協助癌症、心血管或血液疾病的臨床診斷之用。但囊泡顆粒為奈米大小，具高擴散性及流動性，因此分離過程較為困難且耗時，傳統上需要依靠超高速離心機執行。 　　來自新加坡國立大學(National University of Singapore)研發新型裝置，名為microfluidic CEntrifugal Nanoparticles Separation and Extraction (µCENSE)，具有短時間分離與疾病相關的循環生物標記分子(Circulating biomarker)之相關潛力。此項技術較為簡單、快速且方便，能幫助臨床液態生物檢體(liquid biopsy)診斷。 　　研究團隊首先利用微流體離心技術(Microfluidic centrifugal technique)，分離癌細胞培養液中的囊泡。將樣本置入具有特殊設計之彎曲分離微通道的μCENSE晶片，之後把μCENSE加裝至一般實驗室專用之離心機，以離心力分離界於100-1000奈米(nm)的囊泡。透過分析其中的核酸與蛋白質等biomarker成分及含量，便能協助特殊疾病的檢查及診斷。【延伸閱讀】以犬骨、羊骨做為家鴿骨折的新興固定材料 　　研究顯示，此裝置能成功分離出帶有標記分子CD63的囊泡，且分離速度比傳統的超高速離新技術快100倍。目前團隊正積極朝向優化μCENSE晶片設計以增加分離量。希望此項技術未來能協助臨床癌症、心血管或血液疾病等研究，或許在未來也能將其擴增應用於動物醫學領域，加速動物疾病診斷與生理途徑相關研究等，保障動物健康及福利。 　　相關研究發表於AIP Biomicrofluidics

瘤胃(rumen)是牛、羊等反芻動物四個胃室中的第一個胃，內部含有豐富且複雜的微生物生態，能夠幫助分解食物，因此維持瘤胃裡的微生物健康與正常醱酵對維持動物營養非常重要。然而瘤胃中的微生物相可能因成分、來源或環境等因素受到變動，故研究此微生物相的變化有助於了解反芻動物之生理情形。憑藉著分子生物學與基因體學的進步，針對微生物的相關研究也越來越多，因此於2018年發表在Nature Communications期刊的一項研究中，英國愛丁堡大學羅斯林研究所─Mick Watson 團隊與蘇格蘭農村學院─Rainer Roehe團隊共同合作，利用總體基因體學(Metagenomics)和Hi-C based proximity-guided assembly (Hi-C based PGA)進行43隻蘇格蘭牛(Scottish cattle)之瘤胃中微生物的DNA測序與組裝，接著交叉比對基因資料庫後，鑑定出913種微生物，且大部分的微生物屬於未曾發現的新物種。【延伸閱讀】科學家已開發出快速檢測病毒之可攜帶設備 　　研究團隊也表示，這些新發現的微生物能將植物轉化成動物所需的營養與能量，最後成為動物身上的肌肉蛋白(muscle protein)及分泌出的牛乳；未來不僅能協助研究提升肌肉或乳製品產量，增進糧食安全，也有極大的潛力應用於生物燃料(biofuel)與生物技術產業中。

四年多以來，Oliva博士及其團隊致力於破譯Xanthomonas oryzae pv. oryzae的遺傳密碼，此細菌能夠引起水稻白葉枯病(Bacterial leaf blight)的發生。水稻白葉枯病是世界上影響水稻的重大疾病之一，嚴重時可造成部分易感性品種70%的產量損失。雖然世界各地的水稻種植區都可能發生由X. oryzae引起的白葉枯病，但致病菌株的遺傳特性也因地而異，往往只能在大量爆發後才可對症下藥；因此長期以來，農民與科學家對於此種水稻病害的防治效果不彰。 　　以往的病害鑑定需要耗費大量的人力與時間，從現場的病徵觀察、多區採集，再到實驗室分離病原與後續分析，才能準確的計算病原數量與危害程度，通常需要花費數月甚至一年才能確定某地區的流行菌株。若能快速了解整個國內的病原群，那麼國內的水稻育種計劃可以針對這些毒性株特性進行篩選，以減少農民的種植風險。 　　國際水稻研究所(International Rice Research Institute，IRRI)開發了一種名為PathoTracer的革命性工具，只要將少許的葉片樣本到認證實驗室進行基因檢測，檢測結果由IRRI進行分析，如此便能將原本耗時一年的工作減少成兩週，農民在種植季節結束之前就能知道作物是否得病與病原資訊，並且獲得抗性品種之相關建議。由於PathoTracer可以同時計算數千個樣本，故可用於大面積偵測，也可搭配菲律賓水稻資訊系統(Philippine Rice Information System，PRIM)或病蟲害風險識別與管理(Pest and Disease Risk Identification and Management，PRIME)，以支持國家或區域作物的健康管理。【延伸閱讀】日本認定符合技術與安全規範基因編輯食品，將可採用既有之食品法規進行規範與販售 　　此外，IRRI有興趣將此基因檢測工具擴大到稻熱病與其他可能感染稻米的其他病原。目前PathoTracer已經在亞洲其他地區進行測試，國際水稻研究所預計於2018年初推行，預期PathoTracer將對全世界的水稻產生重大影響。

北方玉米葉枯病(Northern corn leaf blight)為玉米的真菌性病害之一，其病原為Setosphaeria turcica，是子囊菌的一種，感染後造成玉米葉片上具有綠灰色壞死病斑，未及時處理會使得產量下降。雖然先前的研究已找出玉米中的抗性基因，但真菌也會持續演化以突破玉米的防禦，故需了解S. turcica和玉米基因間的相互作用與長久以來遺傳的變化，以幫助辨別致病菌株與生產具穩定抗性的玉米品種。 　　目前已知Ht1、Ht2、Ht3和HtN等基因能協助玉米抵抗不同品系的北方玉米葉枯病，但確切的機制與基因位置尚未明瞭。為研究毒性與其他性狀發育間的遺傳關聯，伊利諾大學(University of Illinois)的植物病理學助理教授Santiago Mideros及其團隊繪製了S. turcica的基因圖譜，並使用不同性狀的玉米雜交，分離了221個子代，透過定序與分析後列出了2078個單核苷酸多態性標誌(single-nucleotide polymorphism markers)；透過觀察病原與植株間的親和性與基因變化找出了AVRHt1和AVRHt2的位置，以及顯示了真菌毒性與菌絲生長間的關係。此外還確定了基因分子標記，未來可針對田間環境取樣，找出田間環境中的致病菌株，或是幫助培養具有抗性的玉米品種。【延伸閱讀】對抗小麥莖銹病的新發現 　　相關研究發表在Phytopathology

石油與煤對人類發展具有重要影響，尤其於19世紀工業革命後成為全世界使用的主要能源，但隨著這些儲藏於地底的物質大量開採及需求增加，未來將會供不應求，影響未來人類生活。目前各國正在積極開發新的替代能源與綠色能源之利用，期望在石油與煤完全耗盡以前能夠維持現有產業及生活所需之能源；而植物細胞壁含有大量的碳，適合作為生質能源發展材料，被視為高應用潛力的替代能源原料之一。 　　生質(或稱生物質，biomass)是指能夠做為燃料或工業原料使用的有機物，包含生物所產生之廢棄物、和動物皮毛、植物纖維原料等，不包括石油與煤礦。其中植物生質熱值相當高，其中大部分來自於細胞壁，但植物的細胞壁中的木質素性質非常穩定，除了不易被草食動物消化以外，也難以加工用於生質酒精的製造；若是能解決原料分解的問題，將有助於動物利用或轉換為生質能源。 　　阿魏酸(Ferulic Acid)和對位香豆酸(p-Coumaric acid)為草本植物和單子葉植物合成木質素的主要前驅物，部分研究人員認為降低植物中合成的阿魏酸含量有助於增加生質的分解效率。巴西農業研究機構(Brazilian Agricultural Research Corporation)、能源與材料研究中心(Brazilian Center for Research in Energy and Materials)與英國洛桑研究所(Rothamsted Research)和美國威斯康辛大學(University of Wisconsin)合作，利用RNA干擾(RNAi)狗尾草(Setaria viridis)與二穗短柄草(Brachypodium distachyon)的BAHD01基因表現，通過這種方式所生產的生質糖化效率可提高40-60%。【延伸閱讀】人工合成氨的新方法可降低能源消耗 　　就技術價值而論，光是巴西的生質燃料市場預估就有4億美元，牛養殖業也有1,900萬美元。且全球皆使用草料作為動物飼料與生質原料，故此發現可作為基因標誌選種，讓畜牧動物從飼料作物中獲取更高的能量，或選取更合適的能源作物種植，提高生質酒精的生產效率。相關研究發表於New Phytologist。

雖然目前已開發各種模仿真實皮膚的方法，但仿真度始終不足。哺乳類的真實皮膚由20種或更多功能不同的細胞構成，但現有的模仿組織卻只有包含其中一部分，且沒有一種能夠長出毛髮。 　　哺乳動物的毛囊(hair follicles，HFs)在胚胎發育期間由表皮和真皮之間的細胞相互影響而產生。在一般的動物模型中可通過多功能幹細胞(pluripotent stem cells，PSCs)分開培養成角質細胞(keratinocytes)和纖維母細胞(fibroblasts)，再將兩種細胞結合。而美國的印第安納大學(Indiana University)醫學院開發了3D小鼠胚胎幹細胞培養系統(three-dimensional (3D) mouse embryonic stem cell (mESC) culture)，並用來培養皮膚類器官(organoid)與模仿內耳分化，了解表皮細胞如何產生囊腫；但研究人員發現此方法還能產生具有類似毛囊的小型皮膚組織，毛囊的產生與分化有賴於表皮與真皮細胞的共同發展，此兩類細胞必須以特定的方式一起生長，才能使毛囊發育。使用肉眼觀察會發現皮膚細胞團看起來像帶毛的球體，漂浮於培養基中，毛囊向四面八方向外生長，如蒲公英種子。 　　皮膚類器官本身由三或四種不同類型的真皮細胞和四種類型的表皮細胞組成，比過往開發的皮膚組織更接近小鼠的真實皮膚。雖然研究小組還無法確定類器官表面上的毛髮屬於何種類型，但此技術可幫助創造更好的皮膚類器官模型，未來可用於藥物測試或是觀察觀察皮膚癌的發展等作業。【延伸閱讀】植物的衍生性揮發物質作為抗菌劑之潛力 　　相關研究發表於Nature、Nature Protocols和Cell Reports

繼1997年「桃莉羊」利用「體細胞核移植」技術複製成功之後，20種以上之哺乳類動物複製也相繼成功，但是卻一直無法複製與人類相似的靈長類動物。生物學頂尖國際學術期刊Cell於2018年1月25日在官網上發表封面文章，中國大陸中國科學院神經科學研究所利用「體細胞核移植」(somatic cell nuclear transfer, SCNT)技術，成功複製2隻靈長類長尾獼猴(Macaca fascicularis)，透過此技術未來將建立非人類之靈長類動物研究模型，加速人類遺傳疾病之新藥開發進程。 　　中國科學院研究團隊於本次研究中關鍵成功因素，在於採用胚胎猴的「纖維母細胞核」(fetal monkey fibroblast)做為細胞核之來源，而非成猴的「卵丘細胞核」(cumulus cells)，並且利用表徵遺傳調節子(epigenetic modulators)促進胚胎細胞發育，因而大幅提高長尾獼猴之懷孕成功機率。研究團隊將胎猴纖維母細胞胚胎，植入21隻代理孕母體內，成功誘使6隻母猴受孕並產出健康的2隻小獼猴。顯示此法可使細胞較容易發生重新編程(reprogramming)，成為全能性的胚胎細胞，提高體細胞核移植後成功複製的效率，且能規避掉因基因編輯衍生的脫靶效應(off- target effect)等非專一性調控之相關問題。【延伸閱讀】最新的研究發現迷你豬在野豬族群擴張的過程中扮演重要的角色 　　此項技術不僅為生物學帶來新的突破，也可用於精進其他複製動物的相關實驗，或許能拯救瀕危物種，維持環境中的生物多樣性。未來亦可應用於人類新藥開發前期之試驗研究，以模擬人類疾病之複製猴研究模型，來提高藥物功效之準確性，預期可加速人類於阿茲海默症、自閉症、免疫缺陷、腫瘤、代謝性等疾病之新藥開發時程，為生醫領域開啟新的里程碑。

在植物生長期間，環境因子會影響植物的生理狀況，遇到影響生長或改變生理特性的逆境時，生物體會產生相應的反應以適應環境，而逆境來源主要可區分為病原造成的生物性壓力與環境(如乾旱、高鹽、高溫)導致的非生物性壓力，若持續時間越長所對植株造成的傷害越大。目前已知當植物受到非生物性逆境影響時，會產生一種由糖解或其他代謝反應產生的methylglyoxal信號分子，其在細胞內累積達一定量則具有毒性，會抑制細胞增殖與破壞粒線體原有功能，並可能降低植株抗逆境之效果。 　　以往研究大多僅確認某些基因是否能夠對應生理上多種非生物性抵抗壓力之研究，但在此次透過印度國家生物科學中心(National Centre of Biological Sciences；NCBS)和印度科學研究所(Indian Institute of Science；IISc)的合作研究下，發現了一個影響控制植物對生物和非生物壓力反應的關鍵基因- Heat shock protein 31(Hsp31)。Hsp31是廣泛存在於生物中的基因，保守性高且具有methylglyoxalase之功能，能轉換有毒之methylglyoxal成無毒D-lactate，同時減緩氧化壓力所造成的細胞凋亡影響，可通過單一基因的表達就有可能在植物體中對各種不同緊迫壓力下產生一定程度的抗性。【延伸閱讀】發現牛隻腸胃道微生物相組成與甲烷排放間的關聯將是農業永續利用的關鍵之一 　　現階段該項研究計畫仍處於菸草植物階段，並證實在菸草中的Hsp31大量表現確實可抑制酵母菌細胞內的methylglyoxal並進行解毒，將可幫助植株抵抗多種生物性與非生物性的逆境，與影響粒線體中的逆境相關基因表現，此項新的發現未來也許可用來開發能抵抗高溫、乾旱或易感病等具多重抗性品種，對於耐逆境品種之選育亟具有發展潛力。

植物寄主與病原菌於自然界中演化許久，彼此消長而達到動態平衡。若植物中的R基因蛋白能辨識病原的Avr基因，就可以引發植物的免疫反應，達到抵抗病原的效果，且此植物稱為抗病株。然而病菌的Avr基因也會經過變異與演化，使得植物原有之R基因無法辨識，病菌就能順利感染植株，形成植物病害。 　　造成小麥莖銹病(wheat stem rust)的病原菌為Puccinia graminis f. sp. tritici (Pgt)，其中的Ug99菌株遍部非洲與中東地區，對小麥田的破壞性極高，而與Ug99相關度不一的毒性株也引起小麥高密度種植地區的重視；最近更在歐洲發現新的毒性株，將有傳播到美洲地區的可能性。 　　澳洲悉尼大學(University of Sydney)，英國聯邦科學與工業研究組織（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation；CSIRO），美國明尼蘇達大學(University of Minnesota)和美國農業部(United States Department of Agriculture；USDA)的研究人員為了瞭解小麥與銹病菌毒力的演化關係，探討了AvrSr50基因與Sr50基因的關聯。 　　Sr50對包含Ug99的所有小麥銹病菌株皆有抗性，為找出相應的AvrSr50基因與變異特性，研究人員收集了不同來源菌株的序列數據，確定了病原AvrSr50基因組中容易發生變異的區域，進而表現出對Sr50的抗性。此研究成果顯示了植物的免疫系統如何直接辨識特定的真菌蛋白質，並抵禦病原，相關技術也可以應用於預防與了解其他重要的植物病害的基因演化。【延伸閱讀】啟動RNA訊號防治害蟲 　　相關論文於Science發表，明尼蘇達大學植物病理學兼職教授Peter Dodds表示，到2050年時，發展中國家的小麥需求量預計將增長60％，光是經濟上就有巨大影響，若能妥善運用相關知識將有助於解決糧食安全方面的問題。

澳洲阿德萊德大學(University of Adelaide)與CSIRO 農業和食品部研究合作發現，若土壤環境鹽分含量過高會導致葡萄產量下降，損害植株健康，並使得葡萄含鈉量過高導致釀酒口感不佳，故含鈉量高之葡萄不適合葡萄酒釀造生產，且會降低葡萄園經營者的獲益。而長期以來葡萄酒相關行業因為鹽分造成的損失每年花費超過10億美元，故該研究團隊藉由探討不同植株內鹽分含量差異的原因可有助於選出較適合釀酒的葡萄，以減少經濟損失。 　　低濃度鹽份葡萄可增進葡萄酒的風味，通過比較不同葡萄植株的基因表現量，其鎖定了根部表現鈉排除之特定基因，此基因可限制了鈉離子(Na+)傳送到葡萄果實及葉子，傳統上美國與歐洲均有其使用之釀酒葡萄之砧木，此一發現將可用來開發新的品種選育之遺傳選拔與基因標記，於苗期時就可以篩選較適用的葡萄基因型，減少田間選擇的時間與成本，並藉由澳洲的釀酒葡萄育種選拔計畫，將不同葡萄株中的有益特性進行結合，以作為澳洲當地發展之葡萄酒行業所用之釀酒葡萄，支持當地的釀酒行業發展與推廣。【延伸閱讀】專家們表示：新興植物育種技術將能解決未來糧食安全問題

英國國家農民聯盟（National Farmers Union, NFU）確立了英國未來使用新育種技術（New Breeding Techniques, NBT）應用於作物選育將極具潛在之效益，未來至2050年為因應人口急遽增長其糧食生產量必須增加，但實際上土地與資源之利用已到了極限，而也是農民將面臨之挑戰，同時亦需考慮對於氣候變化、價格波動、規範改變、社會經濟、人口和地緣政治變動所造成影響，以及害蟲、雜草和疾病持續威脅食品之質量和數量，因此研發創新之作物選育技術與新品種/品系，會是因應這些挑戰之重要工具，同時在科學快速發展下，這些新技術應如何受到管理與規範，亦將是未來極需注意的地方。 什麼是新育種技術（New Breeding Techniques, NBT） 　　與傳統育種技術相比，新育種技術可降低將新產品推向市場的成本和時間，並通過提高植物育種過程準確性與精確性，來減少傳統育種所需花費之時間，雖然這種精確且有目標的基因組編輯不是自然發生的，但其基因改變將控制在最簡單之形式下進行遺傳變化，像是序列或基因編輯，以及加速育種與多樣性育種等技術，與傳統方法相比，新育種技術較容易、快速與便宜，協助育種人員因應不斷變化的需求進行選育，並幫助農民耕作時更快地適應各項環境之挑戰。 　　品種選育是一項需要長期的工作項目，其新品種一直到商業化可能需要十年時間，所以設法加速其進程式非常重要的，這些技術藉由特殊的方式操控基因，減少氧化和水果易碰傷的情況，並改善顏色、氣味、風味和質地而增加營養成分、延長保質期，例如，美國已產生抗褐變的蘑菇與耐儲存的馬鈴薯；而抗病性亦是植物育種之重點項目，分別在中國和美國已有種植白粉病抗性小麥和抗病稻米，營養價值方面，明尼蘇達州科學家所選育出的高油酸大豆其在單元不飽和脂肪酸中較高，而多元不飽和脂肪酸則較低，因此更適合人體攝取營養所需，不僅是農民會獲得利益，消費者也會獲得好處。【延伸閱讀】全球首件！ 新加坡准賣實驗室培養肉 規範調整 　　雖然創新技術對於農產業之發展來說是絕佳的機會，但其技術潛力能發揮多少公用仍將取決於它們所受到的管制程度，這些技術多少將會涉及到基因改造之內容，歐盟認為若一種生物體以不通過交配或自然重組等自然發生方式進行改變，那麼它將被作為「遺傳修飾」產物。然而還是有許多新技術可以藉由傳統育種技術觸發的機制得以進行，雖然產生的突變可能不是自然發生，但其最終產物與天然突變產生的品種是相同的，因此歐洲食品安全局（EFSA）和聯合研究中心（JRC）認為轉基因作物的法律定義或許將不適用於現今大多數新育種技術生產的植物，因此應予以調整，他們認為這些植物作物品種並不含外來之DNA序列且與通過傳統育種所獲得之作物並無不同，而這些技術並不以生產轉基因生物為主之觀點，是由英國政府環境釋放諮詢委員會（ACRE）所提出，但仍有許多非政府組織（NGOs）和歐洲議員們認為這些新育種技術的作物還是應歸屬於轉基因生物之定義下，因此在缺乏明確法律引導這些技術如何發展，且相較於其他國家地區採用創新育種技術並迅速發展之下，歐洲在這方面技術發展則顯得較為緩慢。 　　對此，英國國家農民聯盟（NFU)認為這些植物育種之創新技術確有潛力幫助解決英國農民所面臨之生產挑戰，使其能夠在全球市場上保有競爭力，期望未來相關規範能在強而有力的科學證據以及EFSA、JRC和ACRE等各方國際機構的評估之下取得共識，以尋求適當之規範與監控管理制度。

根據資料統計世界上每二人就有一人是以米飯作為每日主要熱量來源，且在現今全球發展中國家中尚有許多營養不足的人們，特別是亞洲與非洲國家的一些落後地區，雖然透過米飯之攝取可避免飢餓並提供營養，但仍無法滿足人體所需之微量營養素，當人體無法獲得足夠的鐵、鋅和維生素A來維持健康運作，將可能導致貧血、大腦發育遲緩、並增加婦女和嬰兒的死亡率等，若是兒童成長過程缺乏維生素A，則可能會導致失明、免疫系統減弱、容易感染麻疹、腹瀉或瘧疾等傳染病。 因應維生素A缺乏而創造的黃金稻米 　　蘇黎世聯邦理工學院(ETH)研究人員在2000年為因應營養需求，開發了一種新的水稻品種「黃金稻米」，這是第一個轉基因稻米品種之一，研究人員能在米粒的胚乳中產生維生素A的前驅物β-胡蘿蔔素，並在經過數次改善後，目前已提供東南亞地區數個國家進行育種計畫之研究使用。此外，為解決微量營養素缺乏之問題，蘇黎世聯邦理工學院Gruissem教授的植物生物技術實驗室亦積極與其他國家之研究人員致力於開發稻米和小麥穀粒中含鐵量高的品種，但迄今技術仍只能選育出含一種特殊微量營養素之稻米品種，在當時距離將數種微量營養素均包含在一株稻米上仍是一項未知的夢想。 第一株含多種營養素之稻米品種 　　目前ETH植物生物技術實驗室之研究小組，成功創造具有多種營養素之新品種稻米，同時將其研究結果發表在國際期刊Scientific Reports上，利用基因修飾之技術，在水稻基因組的四個不同基因座位置崁入用於微量營養素改良之基因片段，促使稻米富含足夠的鐵和鋅之微量營養素，且比起正常的稻米品種其穀物胚乳中亦含有大量的β-胡蘿蔔素，同時亦能透過與各國不同稻米品種之遺傳雜交來提升其優勢，藉由此次的研究成果證實未來將可能在單一的水稻作物中組合出數種必需的微量營養素，以提供人體健康之營養需求。 　　ETH之植物生物技術實驗室研究團隊花費了數年時間建立了多元營養稻米品系，藉由改良舊有的黃金稻米品種，使其較原先粳稻品種具有更多的β-胡蘿蔔素，其研究人員表示未來若能成功推廣並取代現有70%的稻米食用量，那麼將能明顯改善落後維生素A、鐵和鋅等微量營養素之補充。【延伸閱讀】生物營養強化技術使小麥更健康 在溫室中持續測試多元營養素之稻米新品種 　　新的多元營養稻米品系目前仍處於測試階段，其在溫室中已完成其各種微量營養素含量之分析，同時將進一步進行品系改良，下一年度將計劃在特定田間進行作物實際種植測試，以確定作物在野外及溫室中所表達的生物及理化特性是否一致，並能提供農民在田間進行生產。

在幾個世紀以前，絲路曾是歷史上橫貫歐亞大陸之重要貿易通道，透過這條通道的交流，不僅僅促進歐亞大陸間的政治與經濟開放，更促使目前全球最受歡迎水果之一的蘋果也在這樣的貨物交流中開啟其遺傳基因的傳遞。 　　在國際期刊Nature於8月15日發表「全基因組定序揭開蘋果起源演化歷史及果實大小的兩階段馴化話模型」之研究成果中，在美國康乃爾大學與中國山東農業大學兩大研究團隊合作之下，共蒐集來自北美、歐洲、東亞和中亞的24個代表性蘋果品種，並針對117個基因組進行全基因組定序與序列比較，從而瞭解蘋果的起源、演化以及馴化之順序。【延伸閱讀】第一組薰衣草基因組定序發表 　　並證實了蘋果最早是源自於中國新疆，新疆野蘋果（Malus sieversii）藉由當時絲路通往歐洲，並在運輸過程中與野生蘋果雜交，逐漸演化成現在的蘋果（Malus domestica），同時美国康乃爾大學BTI研究中心(The Boyce Thompson Institute)费章君教授也發現新疆野蘋果也曾向東發展，成為現在中國市場常見的粉蘋果品種，此研究不僅成功闡明了蘋果基因傳遞的起源，更完整呈現了蘋果演化歷史。 　　除了瞭解蘋果演化起源外，本研究也經由基因序列分析以及比較不同蘋果間的序列後，探討了蘋果馴化階段為何，其在過程中曾與歐洲野生蘋果雜交，使得原有蘋果品種具備酸的風味，且由於原生種在馴化前其果實碩大，也因此在後續雜交過程即保留了此項優勢，最終成為現今人們所喜愛具有較高脆度、糖分以及有基酸含量均衡之品種。 　　另外，本研究最後亦指出未來若透過全基因定序瞭解特定性狀與其基因組間的關係後，經由基因分子標記技術將能提升與加速特定性狀之選育速度與準確度，進而選育出具有抗病、保鮮期長、最佳風味與口感以及尺寸更好的蘋果品種。