山地陸稻訴說的臺灣米傳奇

稻米是人類重點糧食作物。數千年來,人類不斷汰選稻米,挑選顆粒大的、不容易落粒的、稻榖上沒有芒的……一代又一代馴化的故事,深藏在稻米的基因裡。中研院植微所邢禹依特聘研究員,帶領團隊研究山地陸稻的基因,破解了臺灣蓬萊米身世之謎,也找到南島語族遷徙的線索。跟著研之有物一起來了解!

 

中研院植微所邢禹依特聘研究員專精水稻基因體研究,曾和周德源博士一起領導臺灣的團隊參與「國際水稻基因體定序計畫」,與世界各國合作,定出了水稻 12 條染色體的基因序列。近年來,她的實驗室研究山地陸稻,透過基因定序技術、親緣分析,解讀臺灣的稻米與人的故事。攝影│林洵安

中研院植微所邢禹依特聘研究員專精水稻基因體研究,曾和周德源博士一起領導臺灣的團隊參與「國際水稻基因體定序計畫」,與世界各國合作,定出了水稻 12 條染色體的基因序列。近年來,她的實驗室研究山地陸稻,透過基因定序技術、親緣分析,解讀臺灣稻米與人的故事。 攝影│林洵安

 

臺灣人是吃米飯長大的,不過,我們不光是「吃米不知米價」,往往連吃的是什麼米都搞不太清楚。我們現在吃的米飯大多是「蓬萊米」,而常吃的米食,像米粉、粄條、碗粿等等,則是用「在來米」加工製成。

但我們偏好吃蓬萊米,其實是日治時期才開始的。之前,臺灣人吃的米主要是在來米,意思即「在地既有的米」。日治時期,為了迎合日本人的口味,才引進日本的「稉稻」,經過育種改良後在臺灣大量種植,就是蓬萊米,意思是「來自蓬萊仙島的米」。

蓬萊米育種最有名的品種,當推 1929 年問世的「臺中 65 號」。「這個品種非常重要,學農的都會注意它,」邢禹依解釋:「它不但品質好、能抗稻熱病,更重要的是,一年可栽種兩次。很多雜交育種都用它為親本,臺灣 85% 以上的蓬萊米品種都是它的後代!」

不過,臺中 65 號為什麼一年可以栽種兩次,卻是農藝上存在已久的大謎團!

 

 臺中 65 號的超能力:對日照長短無感

原來稻子為短日照植物,當它感受到日長時間短於某個臨界日長 (critical day length),就會開花結果,臨界日長則取決於稻子的品種。

 

臨界日長是決定植物是否開花的最短或最長光照時間。短日照植物的光照時間必須短於臨界日長,植物才會開花,長日照植物則反之。圖說設計│黃曉君、林洵安

臨界日長是決定植物是否開花的最短或最長光照時間。短日照植物的光照時間必須短於臨界日長,植物才會開花,長日照植物則反之。 圖說設計│黃曉君、林洵安

 

臺中 65 號由日本稉稻「龜治」和「神力」雜交而來,這兩種來自溫帶的稉稻就對日照長短非常敏感,在緯度較低的臺灣種植,春夏日照時間比日本短,稻子尚未發育完全就提早抽穗,秋、冬日照時間比日本長,又會延遲抽穗。所以它們一年只有一穫,品質也不夠好。

 

日本來的水稻在緯度較低的臺灣種植,春、夏稻子尚未發育完全就提早抽穗,秋、冬又會延遲抽穗,一年只有一穫,品質也不好。圖說設計│黃曉君、林洵安

日本來的水稻在緯度較低的臺灣種植,春、夏稻子尚未發育完全就提早抽穗,秋、冬又會延遲抽穗,一年只有一穫,品質也不好。 圖說設計│黃曉君、林洵安

 

可是兩種日本稻的後代—臺中 65 號,卻對日照長短鈍感,無論日照長或日照短都能正常抽穗結實,以至於一年能種植兩次。邢禹依的研究團隊成員吳正杰博士候選人說:「子代和親代完全不同,這件事實在很弔詭。我們很想知道究竟發生了什麼事?」

過去已有學者發現:臺中 65 號之所以對日照長短鈍感,是因為它的第六條染色體上面,有個感應日照長短變化、調控抽穗開花的基因 Hd1,多出一段長達 1901 個鹼基對的序列,導致 Hd1 失去作用。可是它的親本龜治和神力都沒有這段序列。這一大段多出來的序列究竟是從哪裡冒出來的?這個謎團困擾了農藝學家數十年。

直到邢禹依的團隊研究發現:這一切起於一個美麗的意外!

 

 山地陸稻亂入,造就傳奇品種

邢禹依從臺中 65 號的葉片萃取 DNA 做基因定序,並把它的基因組和龜治、神力以及幾個可能的「嫌疑犯」詳加比對,赫然發現臺中 65 號除了帶有龜治和神力的基因之外,還含有兩種山地陸稻 Muteka 和 Nakabo 的基因序列,其中就包括那段多出的序列。而且這段特殊的序列,在臺中 65 號、Muteka 和 Nakabo 三者染色體上,無論長度還是坐落的位置完全一模一樣!

謎底揭曉!邢禹依還原歷史現場:將近一百年前,臺中州農事試驗場的試驗田裡進行著龜治和神力的雜交育種,附近的田剛好種植山地陸稻。因為當時育種家規定稻種每十年要種植一次以更新、保持種子的活性。就是這麼湊巧!山地陸稻的花粉飛到育種中的新品種上,發生了雜交,把 1901 個鹽基對的序列帶到臺中 65 號的基因裡,使它的 Hd1 產生變異,新品種不再受日照長短擺布,可以一年兩穫。

透過基因定序分析發現,臺中 65 號其實帶有四種品種的基因:龜治、神力、山地陸稻 Muteka 和 Nakabo。資料來源│邢禹依

透過基因定序分析發現,臺中 65 號其實帶有四種品種的基因:龜治、神力、山地陸稻 Muteka 和 Nakabo。 資料來源│邢禹依

 

 

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