為了避免昆蟲啃食植株造成產量損失或傳播病害，慣行農法中會噴灑農藥驅趕或殺死農業害蟲，雖然能夠維持農作物產量，但卻因此減少其他無害甚至有利於植物授粉的昆蟲數量，例如蜜蜂。此外，殘留於環境中的合成藥劑可能因雨水沖刷而流入土讓或附近的湖泊、河川甚至海洋，影響該地區的生物多樣性，因此長期以來農藥的施用量與施用時機持續受到各方爭議。 　　考量環境永續與食安問題，越來越多人投入有機農業與研究減少農藥使用的方法；而煙草植物可自行於葉片中產生一種稱為cembratrienol的化學物質，防止害蟲靠近植株，因此德國慕尼黑技術大學(Technische Universität München，TUM)將相關的基因轉殖於大腸桿菌中，利用發酵槽大量產生cembratrienol，再使用離心分配層析(centrifugal partition chromatography，CPC)與高效液相色譜法(high performance liquid chromatography，HPLC)純化，透過實驗證實純化的產品具有良好的驅蚜蟲效果。 　　目前使用cembratrienol的定位類似於人體使用防蚊劑一般，將其噴灑於植株上只是利用害蟲對其氣味的忌避性，並無毒害昆蟲的疑慮，同時也具有生物降解性，減少累積於環境當中的風險。此外，在大腸桿菌生產過程中能夠使用輾穀廢料進行發酵，有助於循環使用農業副產物，建立對生態有利的下游加工選擇。而此研究使用CPC回收純化的方法更加節省溶劑的消耗，相關的純化方法或許可作為類似化合物純化回收的參考資訊。【延伸閱讀】研究發現糞金龜能改變土壤菌相組成有助於強化糧食安全 　　相關研究發表於<Green Chemistry>

動物體型大小除了與生長期時的食物營養成分有關，動物體內本身所帶有的基因也可能影響個體的成長狀況。HMGA2就是一種廣泛存在於哺乳類動物體內的高度保守性基因，目前已知此基因表達狀況會影響人與小鼠的個體尺寸與生長。在小鼠體內中其中一個HMGA2的等位基因失活會造成體重減少20%，兩個等位基因接失活則會使得體重減少60%，而人類HMGA2基因序列部分缺失會導致個體身材矮小。 　　北卡羅萊納州立大學（North Carolina State University）的研究人員於先前研究已發現小鼠基因 HMGA2 與 HMGA1 與體型和身體質量指數 (Body Mass Indicator) 相關，本次透過基因編輯與體細胞核轉移(somatic cell nuclear transfer，SCNT)製造出HMGA2基因缺陷的豬隻，透過26週的生長觀察，發現HMGA2-/-的豬隻體重較正常豬隻減少75%。此外，HMGA2的基因缺失影響了胎兒在母體子宮內接受的資源，若是子宮內同時存有正常與HMGA2-/+、HMGA2-/-等個體，則HMGA2-/-個體無法在懷孕期間存活，且HMGA2-/-與子宮絨毛接觸不良，顯示子宮跟胎盤間的連結較差；若子宮內只存有HMGA2-/-，這些胎兒就能存活並正常發育。【延伸閱讀】全球首例以體細胞核移植成功之複製猴 　　此項研究不但讓人們更了解動物生長發育的過程，未來也可以將相關觀念應用於跨物種的器官移植當中，藉由調控移植個體所摻生的器官大小，使其大小更符合受贈者之需求，並避免移植後的過度生長。

亨丁頓舞蹈症(Huntington's Disease，HD)屬於一種神經性退化疾病，為第四對體染色體的顯性遺傳，發病後會導致腦部神經細胞持續退化，造成病人無法控制自身運動，甚至發生身體僵硬與智能衰退的情形，透過電腦斷層掃描可明顯見到腦部萎縮狀況。多數患者為成年後發病，從初期的平衡失調、情緒異常到中後期的不自主運動與認知能力衰退，患者常死於跌倒、感染或其他相關併發症，目前尚無治癒該病症的方法。 　　早期關於此疾病的病程研究多以小鼠作為模型動物，然而小鼠與人類親緣關係較遠，以小鼠作為研究模型時無法完整呈現人類生病時的病況進展。中國暨南大學與美國埃默里大學(Emory University)醫學院合作，利用基因編輯(CRISPR/Cas9)技術將亨丁頓舞蹈症的基因插入(knock in)豬體內，並順利以種系遺傳產生F1與F2子代的病豬，並且順利觀察到豬大腦中紋狀體變性與運動失調的症狀；藉由與人類更相近之大型動物病況觀察，更能夠幫助科學家們了解與探討疾病的完整變化與基因治療研究。【延伸閱讀】調控HMGA2基因表現能夠控制豬隻體型 　　除了亨丁頓舞蹈症，未來也許還可以藉由CRISPR-Cas9基因編輯技術開發阿茲海默症(Alzheimer's disease，AD)、帕金森氏症(Parkinson's disease，PD)或漸凍人症(Amyotrophic lateral sclerosis， ALS)的大型動物模型，或是藉由這些技術檢視開發基因治療的臨床測試應用性。 　　相關計畫得到廣東省高水準大學建設經費的資助，同時也得到國家自然科學基金委重大研究計畫和重點研究計畫、廣東省科技計畫的支持；相關研究則發表於<Cell>。

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