台灣阿嬤蝴蝶蘭全基因體解序,邁向精準分子育種

作者 | 發布日期 2018 年 06 月 28 日 14:15 | 分類 生物科技 follow us in feedly

蝴蝶蘭是台灣最重要的出口花卉作物之一,然因蘭花生長週期長達 2~3 年,如何推陳出新以滿足市場需求,提高我國蘭花產業的創新優勢,為中央研究院農業生物科技研究中心施明哲特聘研究員研究團隊長期研究重點。而台灣原生種白花蝴蝶蘭 Phalaenopsis aphrodite──台灣阿嬤,花型優美、花梗健壯,是目前蘭花市場重要的育種材料,因此,更成為研究團隊的重要研究標的。



不同於以往蘭花基因體解序的研究,施明哲團隊首次將白花蝴蝶蘭的全基因體進一步繪製成染色體圖譜及遺傳連鎖圖譜,建立一套完整的分子育種系統,將基因與蘭花的表現特徵一一對應。未來可望針對蘭花的顏色、形狀等特徵,精準地訂製出新品種。本研究論文已於 2018 年 4 月 28 日刊載於國際植物科學領域代表性期刊《植物生物科技期刊》(Plant Biotechnology Journal)。

蘭花產業亟需推陳出新以滿足市場需求,然而,蘭花的生長週期長達 2~3 年,傳統育種以人工方式,需要透過不斷雜交、選拔才能產出新品種,不僅耗時耗能,成功率也較低。透過本研究成果提供的台灣阿嬤基因體資源,可建立高密度分子標的遺傳連鎖圖譜,以遺傳性狀精準設計新一代蘭花。蘭花產業可望能從耗時、費力又無法預知結果的傳統雜交育種邁向分子育種,以全面且精準地方式計算並生產「高級訂製蘭花」(high-end designer orchid)。

施明哲研究團隊首先以高通量定序方法精準地完成白花蝴蝶蘭的全基因體解序、組裝及註解,再藉由螢光原位雜交確認基因體序列於染色體中的位置,繪製出第一個高解析度蝴蝶蘭染色體圖譜,最後,再找出決定花朵形狀、顏色、環境適應的關聯基因,並對應於染色體,終於建立了第一個遺傳連鎖圖譜(白花蝴蝶蘭基因體資訊)。

▲ 台灣白花原生種:台灣阿嬤 P. aphrodite 基因組成。

這套遺傳連鎖圖譜突破了過去缺乏工具探索新品種的困境,尤其蘭花產業長期受制於生長發育型態,諸如生長週期長短、催花低溫處理時間長短、花色、花瓣形狀、花梗數目、香味生成等皆是蘭花產業考量的因素。同時,這份基因資料亦能提供演化學家參考,可進一步探究蘭花為適應不同生態系統所衍生的基因演化、特殊構造等生存策略的來龍去脈。

▲ 遺傳圖譜、基因體組裝及基因染色體螢光雜交圖譜。

本研究由中研院農生中心施明哲、國立台灣大學陳凱儀及國立成功大學張松彬共同完成。施明哲特聘研究員長期致力於蘭科植物基因體研究,歷年研蒐所得之蘭科植物基因體資料彙集公開於 Orchidstra,目前已更新至 Orchidstra 2.0,同時發展生物資訊工具開放各界使用。

(首圖來源:Flickr/snotch CC BY 2.0)