文/ 林媛玉、陳南宏 攝影/ 謝進益 圖片提供/ 臺灣大學農藝系

以生物資訊技術探勘蔬菜雜交品種間有差異的分子標誌,以建立可自動化分析的分子檢測技術,協助品種鑑別並提升對一代雜交種子純度的控管,幫助種苗銷售更有利。

都市化的腳步讓農地面積逐漸縮小,但滿足糧食的需求與日俱增,加上極端氣候為農業帶來的嚴峻挑戰,臺灣農業憑藉著優異的育種技術,讓農作物在自然的情況下,藉由雜交成功孕育出能因應環境需求的優良品種,更為農業增產帶來新契機。

育種成功的關鍵在於種子純度

「正因為雜交成功率與品種的正確性對種苗銷售來說相當重要,因此我們開始思考如何建立更準確、成本更低的檢測技術,幫助種苗業者做好品質管控。」臺灣大學農藝系胡凱康副教授如是說。他也率領研究團隊展開對建立分子檢測技術以提升雜交種子純度與組合力檢定效率的研究。

原來過去種苗業者在育成優良蔬菜一代雜交品種後,會委託專業農戶或採種公司生產雜交種子,無論採種的地點是在臺灣或海外,種子純度是重要的品管指標。

胡凱康副教授說,「種子純度和種苗業者的商譽息息相關,包括了雜交成功率和品種的純正性,以確定無外來花粉污染或調製混雜,必須嚴格檢定後才能輸出,但是傳統的田間檢定方法 (Grow-out test) 耗時又耗工,除增加種子生產成本外,也常常造成種苗業者與受委託農戶間的爭議不斷。」

雖然近年來作物基因體研究與生物資訊技術突飛猛進,但種苗產業卻往往對於研發成果接受度很低,主因在於非專一分子標誌技術的可重複性較低,因此對於例如DNA萃取與PCR組裝等實驗操作的技術要求較高,在分析與判讀過程需要大量專業人力的投入,無法自動化,成本也隨之提高。

全心投入 提升檢測效率

面對此一困境,在99年農委會學界科技專案計畫「建立重要蔬果作物分子輔助選種技術」後,終於打破僵局,開始導入以次世代定序為基礎的高通量SNP分子標誌開發技術,發展出可以進行大規模基因型分析與分子標誌開發的技術平臺。

胡凱康副教授表示,這項計畫的第一步是將針對臺灣種苗產業中最重要的蔬菜作物,利用高通量次世代平行定序 (Next Generation Sequencing, NGS) 獲得特定限制酶切位附近大量的片段序列之後,以生物資訊技術探勘分離族群個體間有差異的單一核苷酸多型性 (SNP) 分子標誌,然後基於所獲得分子標誌基因型與目標特性 (例如:抗病性) 間的關連,獲得與控制目標特性基因有緊密連鎖關係的分子標誌,提供給種苗業者在育種選拔的過程中做為輔助。因為是直接針對基因座選拔,因此與依賴外表特性的傳統選拔方式相比,大幅度提高育種選拔的精確性並縮短育種選拔所需的時間。

分子輔助選種專案計畫中所建立開發平臺獲得的SNP分子標誌具有高度專一性與再現性,而且配合適當儀器可以進行自動化分析, 因此在開發平臺建立之後,胡凱康副教授自106年起配合種苗產業的需求,執行兩年期的委會科技計畫「建立分子檢測技術提升雜交種子純度與組合力檢定效率」,針對種苗業者提供的番茄、花椰菜、西瓜、甜瓜、玉米與番椒共超過1000個一代雜交品種,每一項作物探勘至少5,000個SNP位點,並自其中篩選出具有良好引子設計特性、且可充分解釋品種間差異特性的核心SNP組合,再依據品種特性,從中選出適用於品種鑑定與雜交成功率檢定的最小SNP分子標誌組合,做為檢測標準。這些SNP分子標誌組合標準的再現性高,且可充分自動化,能幫助種苗產業在降低人力負擔與檢定成本的情況下提升所生產種子的純度控管能力,因而提升種子產業的出口競爭力。

技術優化 厚實種苗業者競爭力

「最重要的當然是讓檢定能既省時又省錢,」胡凱康副教授說,採用分子標誌進行雜交成功率檢定,比起採用田間檢查,每一批雜交種子可降低4,000元的費用。

除了明顯降低種子檢驗的成本外,分子檢測的準確度高,還可以縮短檢定時間到一個月內,加速可出貨速度,可說是大幅降低了種子儲存與管銷成本,充分提高了種苗業者產品的品質與國際競爭力。

胡凱康副教授認為,未來,無論由具公信力的檢測業者接受技術轉移,或是由種苗業者聯合投資成立檢驗實驗室,都能為種苗產業的躍升與農業優化,挹注豐沛的能量,擁抱嶄新未來。

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