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基因科技發展
基因科技發展
2019/02/25
中國大陸華南農業大學的研究團隊建立了以農桿菌作為基因轉殖的技術,改良水稻葉綠體內的三個酵素,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,株型則顯得較碩大、翠綠,稻穀收成提升7-27%。
2019/02/06
MinION測出的病毒序列與傳統定序法所得到的結果相似程度高達99.8%,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。
2019/01/11
英國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,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。
2019/01/08
透過農桿菌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,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。
2019/01/03
新興基因編輯是現代生物科學上最大的突破,德拉瓦大學之thgRNA調控機制已在大腸桿菌的模式中受到證實,研究可望應用於未來基因表現調控上,使人們精準控制基因表現的強弱。
2018/12/20
以菸草鑲嵌病毒做為表現載體,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。
2018/12/10
大西洋鮭(Salmo salar, Atlantic salmon)的營養價值高、肉質口感佳,因此深受廣大消費者喜愛,在魚市中具有高商業價值。市售的大西洋鮭多以人工繁殖方式大量養殖,其中著名的養殖國家有北歐挪威及南美智利等國,也是臺灣進口大西洋鮭的主要來源。大西洋鮭是卵生魚類,雌魚體積一般而言較雄魚大,可儲備產卵時所必須的能量。雌魚懷孕後會季節性洄游至河川上游產卵,孵化後的鮭魚長到適當的體長後,會隨河川順流至下游的海洋中,性成熟的鮭魚於交配後又會洄游至上游原生地產卵,完成其生活史。雖然現在多以人工繁殖的方式養殖大西洋鮭,但野生鮭魚多為生態系中的環境指標物種(indicator)及關鍵種(keystone species),在當地食物鏈中扮演重要的角色,長期監控鮭魚族群的動態,將有助於保育政策及漁業政策之擬訂。芬蘭赫爾辛基大學(University of Helsinki, Finland)、芬蘭自然資源研究院(Natural Resources Institute Finland)與芬蘭圖爾庫大學(University of Turku, Finland)的聯合研究團隊研究後發現,自1970年代調查以來近40年的時間裡,塔納河流域大西洋鮭的重量與體積正在逐年縮減中,這樣的現象也反映在該族群的基因中。   過去的追蹤發現,生活在塔納河流域的大西洋鮭,其性成熟年齡愈趨年輕化,早熟的鮭魚相較於晚熟的鮭魚而言,有著體長較短、體重較輕的特徵,且通常雄魚較雌魚早熟。進一步研究發現性成熟特徵與基因Vgll3的遺傳型式有關。研究人員於Vgll3的基因座(locus)上發現多個遺傳變異,研究團隊將這些遺傳變異分成兩種不同型式的等位基因(又稱對偶基因,allele),並證實其中一個等位基因型式可反映出早熟且體積小、另一個型式則反映出晚熟且體積大的兩種特徵。研究發現成魚尺寸與性成熟年齡隨著年代發生變化的現象,皆反映在其調控基因Vgll3上。研究顯示鮭魚形態特徵的改變並非僅是單純隨環境變化而發生表型可塑性(phenotypic plasticity),而是基因型改變造成遺傳變異,進而產生表型特徵的改變。遺傳特徵隨世代產生變異,這意味著演化正在發生,原有的特徵因生存環境發生變化,逐漸演化成為新的特徵,以適應新的環境變化。研究也發現,大西洋鮭魚族群在短時間內快速地產生遺傳變異,多呈現在雄魚的外表形態及遺傳上,這顯示天擇(natural selection)可能僅作用在特定性別的個體上,產生性別衝突(sexual conflict)的現象。【延伸閱讀】以eDNA追蹤瀕危魚種   這項由芬蘭聯合研究團隊發現的重要成果已於今年10月已發表在<Nature Ecology & Evolution>,相關研究或許能在演化學、族群監控、漁業永續等領域加以應用。研究團隊也希望能在未來找出改變族群遺傳結構的關鍵環境因子,並盡可能防止其影響擴大。
2018/12/04
由於世界人口增加、耕地面積減少、氣候變遷加劇與自然資源有限等原因,向外太空發展農業似乎是一種可行的想法;然而,植物已在地球上經過長期演化,早已適應地球的特殊環境。太空中的重力特性和土壤營養皆與地球上有所不同,欲發展農業則需透過科技技術尋求解決之道。   菌根是一種真菌與植物互利共生的構造,真菌的菌絲比植物的根更細,可幫助植物吸收水分與礦物質,而植物則可供給真菌所需的醣類和脂質,在營養缺乏的環境中,這樣的構造更能幫助植株生長與促進健康。獨腳金內酯(strigolactone, SL)是一種常見的植物激素,在調節植物根與芽之萌發與刺激菌根中菌絲生長具有重要角色。瑞士蘇黎世大學(Universität Zürich)則利用此一特性,測試真菌Rhizophagus irregularis在模擬微重力環境下,於茄科模式植物—矮牽牛(Petunia hybrid)產生的菌根化現象。   由於真菌體內具有重力感受器,因此微重力條件對菌絲發育具有負面影響。而SL生合成和運輸會受到營養缺乏的條件誘導,而植物中的PDR1基因能夠改變的SL運輸效率。透過模擬得知,在微重力環境下,PDR1基因過度表現的矮牽牛仍然可生成較多的菌根。顯示藉由調控基因表現而誘導植物激素產生,並進一步引導菌根生成,或許有利於茄科植物在太空站或其他星球上生長;未來進行植物太空研究時,或可選擇生成較多SL的植物培養與耕作。【延伸閱讀】農桿菌之應用協助人們了解植物繁衍背後之遺傳機制    相關研究發表於< Nature Microgravity >
2018/11/16
eDNA又稱為環境DNA (environmental DNA),是生物遺留在環境中的遺傳跡證之一。多數研究利用追蹤生物遺留在環境中的DNA,推估特定環境中生物多樣性(biodiversity)及豐富度(abundance),透過eDNA的採樣將能達到族群現況評估及未來保育的目的。   美國馬里蘭大學環境科學中心(University of Maryland Center for Environmental Science)與史密森環境研究中心(Smithsonian Environmental Research Center)共同研究以eDNA追蹤美國馬里蘭州乞沙比克灣(Chesapeake Bay)中鯡魚的數量。鯡魚是北美地區傳統捕撈魚種,也是當地生態系食物網中許多掠食者主要的食物來源,該物種的族群大小對當地生態系平衡扮演重要的角色,但由於1970年代以來過度捕撈及產卵地被破壞下,現已成為受威脅物種,如何保育該物種成了當地機構研究的重點之一。   研究團隊藉由檢測水域中目標鯡魚遺留在環境的粒線體遺傳片段,並以即時聚合酶鏈式反應(qPCR)將特定片段擴增,以擴增的數值結果量化族群大小及鑑識魚種,藉此能有效評估不同鯡魚族群的豐富度及棲地利用程度,達到監控的目的。與傳統架設漁網捕撈相較下,採集eDNA以分子生物學的方式將大量節省人力及物力資源,即可獲得目標物種的遺傳資訊,推估物種可能的有效族群量及產卵地。研究團隊調查橫跨12處支流,在馬里蘭州境內196個地點採集水樣,發現境內的灰西鯡分布在東岸流域,而西岸已開發流域多為藍背西鯡。【延伸閱讀】藉探索海洋DNA一窺海底環境的奧秘   該研究是自1960年以來,首次在乞沙比克灣流域大規模採樣eDNA進行鯡魚物種及族群方面的生態研究。該研究成果已發表在PLOS ONE期刊,研究結果將有助於當地鯡魚捕撈計畫的擬定及規劃相關保育策略。
2018/11/07
傳染性胃腸炎(Transmissible gastroenteritis)是高度傳染性的豬腸道病毒性疾病,由傳染性胃腸炎病毒(Transmissible gastroenteritis virus, TGEV)感染,主要病徵為嘔吐及下痢,造成嚴重脫水與腸細胞壞死,且2週齡以下的仔豬死亡率接近100%。由於TGEV屬於豬隻冠狀病毒的一種,新的冠狀病毒疾病的爆發是美國養豬業最關心的問題之一,需要透過科學技術找出解決良方。   過去的文獻指出,豬隻身上的ANPEP酶(amino peptidase N)會作為病毒感染時的受體,因此英國種畜公司Genus plc與美國密蘇里大學(University of Missouri)合作,通過CRISPR/Cas9基因編輯改造了負責製造ANPEP酶的基因,成功培育出對TGEV具有遺傳抗性的豬。【延伸閱讀】新興基因編輯技術使豬隻免於藍耳病之苦   此研究還嘗試確認編輯ANPEP是否會對豬流行性腹瀉病毒(Porcine epidemic diarrhea virus, PEDV)產生抗性,PEDV在2013年爆發時造成近700萬頭豬死亡。雖然缺乏ANPEP酶的豬仍會感染PEDV,但未來的研究或許可找出抵抗此種病毒的方式。   2015年時該團隊就以基因編輯培育出對豬呼吸與繁殖症候群(Pig Reprodutive and Respiratory Syndrome, PRRS)病毒產生抗性的豬隻,目標將這種生產抗病毒豬的方法商業化,改善動物健康和福祉,並減少畜牧業生產損失。目前Genus plc目前正在尋求FDA(美國食品藥品監督管理局)批准使用基因編輯技術根除PRRS病毒的威脅。
2018/10/30
薰衣草(Lavenders,為Lavandula屬,Lamiaceae科)為高經濟價值園藝植物,也是長期以來被廣泛運用的藥草,具有放鬆心情與輔助睡眠的效果,而精油(essential oils, EOs)也廣泛用於美妝、醫藥等產業。   為了更加了解植物精油的產生機制,加拿大的布洛克大學(Brock University)和英屬哥倫比亞大學(University of British Columbia)的研究學者對薰衣草進行基因組定序,並採用de novo draft genome assembly技術進行序列組裝,建立出第一個較為完整的薰衣草基因組草圖(draft genome),並找出精油產生的相關代謝途徑,藉由了解並控制這些基因表達的調控因子,就能生產人類所需成分的精油。   這些資訊可以幫助之後的人員開發各薰衣草品種的鑑定基因標記,或是研究如何利用基因和生物技術協助育種改良,減少薰衣草中的樟腦或提高芳樟醇及乙酸芳樟酯等成分,有利於提升薰衣草精油的市場價值。【延伸閱讀】藉由基因標記與分子育種技術,可加速耐鹽釀酒葡萄品系之開發時程   相關研究得到加拿大自然科學和工程研究委員會(Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada)、加拿大研究主席計劃(Canada Research Chair Program)和卑詩省農業基金會(Investment Agriculture Foundation of B.C.)的資助,結果發表於<Planta>。
2018/10/25
在非洲撒哈拉沙漠以南地區,絲狀黴漿菌(Mycoplasma mycoides subsp. Mycoides,Mmm)感染山羊、乳牛等許多畜牧動物,導致傳染性牛胸膜肺炎(contagious bovine pleuropneumonia或稱lung plague)等疾病產生。目前此疾病依然難以控制,每年造成超過6,000萬美元的損失,並影響2,400萬生產者的生計。雖然受感染的動物可使用抗生素治療,但這些動物多數為非法來源,在惡劣的環境中容易導致治療無效和抗生素耐藥性等問題。   迄今為止,市場上只有一種活性減毒疫苗可以控制lung plague,將疫苗注射到牛的尾部,數週後就會開始產生相應的抗體。雖然疫苗效果很好,但其對溫度較為敏感,在非洲這種高溫地區,容易使得疫苗弱化或是變性,並可能導致接種後的動物產生發炎和潰瘍等免疫反應。   為尋求更好的解決方式,加拿大薩克其萬大學(University of Saskatchewan)通過加拿大國際糧食安全研究基金(Canadian International Food Security Research Fund,CIFSRF)申請並獲得了國際發展研究中心(International Development Research Centre,IDRC)和加拿大全球事務部(Global Affairs Canada)的資助,與肯亞的研究人員合作以開發新的疫苗。   不同於使用傳統疫苗開發方式,研究團隊使用反向疫苗學(reverse vaccinology)開發新型疫苗,利用程式分析細菌基因並找出最可能導致牛產生免疫反應的抗原,再製備與純化所選蛋白質,與佐劑混合測試。在鑑定的66種Mmm蛋白中,有四種可保護牛隻免受侵害。【延伸閱讀】血液檢驗將有利於促進乳牛健康   這種新型疫苗使用肯亞各種Mmm菌株的蛋白質抗原,生產成本更低,且於室溫更加穩定,現今已獲得肯亞疫苗生產商的許可並進行生產,預計將進行田間試驗。反向疫苗學已被用於目前市場上的人類腦膜炎球菌疫苗,未來也可用於開發其他重要動物疾病的疫苗,抵抗結核病菌、黴漿菌、大腸桿菌的感染。

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