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成大團隊榮登NATURE 解開蘭花基因謎團  達爾文沒有遺憾

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  • 慧星風蘭
蘭花樣貌變化多端,其中奧秘,逾一世紀來科學家百思不解。成功大學與國際團隊合作,完成原始蘭花「擬蘭」全基因體解序,一舉解開蘭科植物演化之謎。成大團隊指出,基因體序列的解密,將被應用於蘭花精準育種,人們隨心所欲培育蘭花品種指日可待。這項突破性的研究9月21日榮登國際科研界排名第一的Nature期刊,並將台灣蘭花研究和產業推向另一個高峰。

論文題名為「The Apostasia genome and the evolution of orchids(擬蘭基因體與蘭花演化)」,研究團隊指出,藉由分析比對現存最原始的蘭科植物之一「擬蘭」(Apostasia shenzhenica)與一般蘭花外觀特徵基因,證實MADS-box基因家族成員的保留與消失,是蘭科物種演化過程中形成多樣化的重要原因。該研究由成大熱帶植物科學究所副教授蔡文杰、蘭花研究中心助理研究員蕭郁芸,及生命科學系副教授張松彬等6人,協同中國、比利時、日本等國共17個研究單位共同參與。蔡文杰名列共同通訊作者,蕭郁芸則名列共同第一作者。

成大團隊表示,精準育種除可改變花形,亦有助開發適應極端氣候的新品種。蘭花在大自然中需與真菌共生,是一個重要的生態指標,了解蘭花演化與適應的調控過程可了解生態之間的微妙平衡,為不可預期的環境變化提供更多的數據與參考。

成大21日與外界分享研究成果。蘇慧貞校長表示,成大年輕團隊研究成果,登上國際科研界最重要的期刊Nature, 對台灣的研究來說是重要的里程碑,對成大來說也具有多重義意,團隊成員都屬青壯世代,是成大生科系創系以來培育出的學者。此外,論文國外的合作學者,在日本擔任大學教授的一位成員,也是成大畢業校友,這在在顯示成大科學的能量與競爭力。而更讓人興奮的是,該研究讓達爾文多的年遺憾,得到完整解答。

蘭花演化謎團的科學探究始於1862年,當時,達爾文收到一朵來自馬達加斯加島嶼奇特的蘭花(大慧星風蘭),花朵後方,竟然有長達30公分的細長花距,前所未來有構造,讓達爾文不斷思考,為什麼,提出一定有某種蛾類,口器伸長可超過30公分,如果這種蛾類消失,大慧風蘭也會滅絕的觀點; 直到1903年科學家才在馬達加斯加島發現一種口器展開長達30公分的天蛾。1992年科學家終於記錄到這種天蛾拜訪大慧星風蘭,協助傳粉。

蘭與天蛾共同演化外,少數蘭已轉變為鳥類傳粉,花距變短、寬度增加,以符合鳥嘴型狀,百年來科學家一直極欲探究蘭花演化出多樣性的奧秘。

現今蘭科植物的特徵為,花瓣兩側對稱,下方一片不同形狀和色彩的花瓣(稱為唇瓣),中間一個蕊柱,頂端是花粉集結成團的花粉塊。另外,蘭花種子沒有胚乳,種子需與蘭菌共生才能發芽。科學界已知,MADS-box家族基因調控蘭花的花萼、花瓣、唇瓣、蕊柱、花粉塊等花器官。

擬蘭,雖是蘭科植物的一員,花的外表與一般蘭花大不相同,外觀無變形的花瓣(唇瓣)和完整的蕊柱,沒有花粉團塊而是顆粒,特別的是,擬蘭長於土壤,現在的蘭全是附生在其他植物或岩石上等。

擬蘭全基因體解序後,團隊將其基因體數據,與一般蘭花做比對與分析,結果顯示,擬蘭雖無一般蘭科植物共同的明顯特徵(如唇瓣),但仍然有MADS-box基因家族,在花瓣、蕊柱、花萼、花粉等部位,都可見MADS-box基因家族調控的作用。證實蘭科植物為了生存,演化過程中MADS-box基因家族部份成員保留與消失,是物種多樣化的重要原因之一。

少了MADS-box家族基因成員B-AP3與E群,擬蘭沒有特殊的唇瓣,也缺少完整的蕊柱。P和S-subclades基因會調控花粉呈散開的顆粒狀,現今蘭花少了P-subclades基因,花粉集結成團塊。

擬蘭的根只能在地下生長,而今的蘭花攀附到樹上或岩壁上,是因為有可以吸收空氣中養份與儲存水分的氣根,這是MADS-box家族中AGL12等基因的影響。擬蘭全基因體解序,揭開了蘭花演化之謎。
維護單位 : 新聞中心
更新日期 : 2017-09-21
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