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國家作物種原中心及水稻功能基因研究種原之保存

農業試驗所 魏趨開˙陳 述˙邱輝龍˙黃勝忠

國家作物種原中心現況

  國家作物種原中心為全國作物種原的收集、保存與分贈之專責機構,自79年設計、建造,並於82年10月開始營運以來,94年底已保存之作物有177科,671屬,1,008種,共68,211份。

  保存方式依作物特性不同,主要分為種子庫、無性繁殖作物保存園、溫網室栽植、組織培養保存等。種子保存庫中94年底所保存之作物種類有639種,共 61,602份材料,保存材料數超過1,000份的作物有10種、以大豆17,961份最多,其次依序為水稻6,981份、番茄6,781份、綠豆6,361份、番椒4,138份,茄子2,763份、花生1,951份、亞麻1,807份、豇豆1,295份、玉米1,191份。無性繁殖作物保存園保存有甘蔗、桃、芒果等作物,共4,875份,以甘蔗1,397份材料最多,桃259份次之。利用組織培養保存有甘藷、香蕉等作物共1,734份材料,其中以甘藷1,304份最多。

  國家作物種原中心的種子庫存系統,係利用乾燥室以18~20℃,8~10%相對濕度,將種子乾燥到水份含量為5~7%後密封包裝並在低溫低濕(長期庫-12℃;RH30%/中期庫1℃;RH40%)下存放,可以使種子達到最佳之保存,並長期保存其活力,同時利用國家作物種原資料管理系統處理相關資料,以促進這些作物突變體的利用,亦將有助於將來的國際研究合作。

  在國際交換業務及國內分贈上,94年度為協助辦理生質能源種原計畫,自美國引進澱粉含量最高的一群高粱共53個品系,為協助辦理耐旱水稻之研究,自日本引進95個耐旱水稻品系及自菲律賓引進715個耐旱水稻品系,為協助豆類抗蟲研究,自美國引進226個吉豆品系,為協助牽牛花屬分類研究,自美國引進12個牽牛花屬材料,另依育種的需要自美國引進4個萵苣品系,全年共計1,105份材料。在國際分贈上,提供美國1個水稻品種,提供哥斯大黎加4個水稻品系,共計5份材料。在提供國內人士做為研究、育種等用途之材料共29批,30種作物,1,342份材料。

作物育種科技與種原保存的互動

  傳統作物育種方法係利用作物種原中的遺傳變異,自其中選用具有優良性狀的種原做為雜交親本,經由雜交及後代測試,將新結合且具有優良性狀表現的遺傳材料做為進一步選種用,經不斷的結合及測試而選出新的品種,或利用無性繁殖作物的自然變異株/枝條自其中選出新的品種。傳統種原材料的遺傳變異,主要係作物的野生種在自然界的長期演化,栽培種在人為的栽培環境中選拔,或野生種及栽培種兩者的基因交流而產生的。

  近年來分子生物科技快速進展,育種的方式漸由傳統的雜交選種演進到選出特定優良基因,並將此基因插入現有的品種中。因此如何創造新的變異基因或將基因的核酸定序並研究出其功能,是目前作物研究的新課題。

水稻功能基因體之保存

  水稻一直為全球及我國最重要的糧食作物之一,為我國歷來投入的研究人力最多的作物,其染色體的定序也在我國參與的國際合作下完成。在此水稻染色體定序後的時代,種原中心即積極和國內的研究團隊合作,進行保存水稻功能基因研究用種原。

  目前種原中心的水稻功能基因研究用種原有2類,一為水稻插入基因突變種原,另一為水稻誘變突變體,其種子之產生如下:

  1. 水稻插入基因突變種原

      中研院分生所余淑美博士的團隊以插入基因突變法(T-DNA)所生產之大量轉殖水稻株(T0) ,由農試所農藝組於農試所隔離田大型網室內繁殖第一代(T1)及第二代(T2)收穫得種子,送農試所種原組入庫長期保存及調查部份資料(圖1 DOCX / pdf / odt、圖2 DOCX / pdf / odt),並進行分贈。

      為了瞭解水稻的整個基因組,進而瞭解水稻各基因的功能,首先需建立足夠量的插入水稻基因組突變品系。目前已經完成入庫的累計數量, T1種子有41,840份,T2種子為20,989份,之後預計每年約增加1萬份,總目標為8萬份,用以作為一個產生整個突變基因組的重要步驟。這批材料的基因核酸定序及相關研究資料公佈在TRIM(Taiwan Rice Insertional Mutant)網站(http://trim.sinica.edu.tw/) 上,種子的庫存資料及分贈申請系統在國家種原中心網站(http://192.196.196.14)。

      這些材料將提供使用者從這些T-DNA品系中篩選有興趣的基因,有需要的研究單位或人員可向中央研究院分生所余淑美教授申請。

  2. 水稻誘變突變體的基因庫

      農試所農藝組利用疊氮化鈉( NaN3)進行水稻台農67號品種的化學誘變,並

      歷經過十幾代的繁衍改良,已建立一個包含3千多個突變體的水稻基因庫。特性調查資料由農試所農藝組保存,種子正進行更新增殖,之後存入種原中心,並依照種原中心的種子入庫程序進行處理及保存。

      這些材料將提供給有需要的研究單位或人員,可向農試所農藝組申請。

水稻功能基因之分贈及利用

  經由種原中心分贈的水稻功能基因種原逐年增加,並超過傳統的種原分贈數量,自2003年到2006年9月止共136批,47,981份材料(表1 DOCX / pdf / odt)。目前參與水稻功能基因研究的學校及研究單位有中研院分生所、植物暨微生物研究所、中研院南部生物技術計畫中心、中興大學農藝系、分生所、台灣大學農化系、農藝系、成功大學生命科學系、生物科技所、亞洲大學、國立嘉義大學、農業試驗所植病組、農藝組、應動組及輔英科技大學…等。

結語

  農試所種原中心配備有精良的種子保存設施及庫存資料管理系統,並具有十多年的營運管理經驗,隨著社會的需求及農業科技的發展,進行不同目標的種原引種及保存,並協同國內的農業研究團隊進行水稻功能基因的保存,此項工作是突破傳統種原保存的範疇,已有初步的成效,期望以後亦能配合國家的需求,進一步和各種不同的研究團隊合作,以發揮種原中心的特色及潛在功能。

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