2018年6月20日 星期三

科技新南向:南亞農業生技研發資訊網站介紹

科技新南向:南亞農業生技研發資訊網站介紹


編譯與整理 柴幗馨

因應國際情勢的變動,台灣政府擬定了「新南向政策」,主動參與與南亞地區國家的合作交流,強化台灣在亞洲地區的國際地位。而南亞地區國家的農業科技發展方向,可以從「亞太農業研究機構聯盟」與「南亞農業研究發展中心」,這兩個指標性的國際機構網站上一窺究竟。

APAARI  亞太農業研究機構聯盟

Asia-Pacific Association of Agricultural Research Institutions (APAARI)


「亞太農業研究機構聯盟」是聯合國農糧署協助成立的研究單位,宗旨為協助亞洲泛太平洋地區國家農業與農食研究的創新發展。APPARI的四個發展任務:制訂前瞻研究、獎勵卓越優秀人才、鼓勵地方機構學習與成長、促進亞太地區科研合作。

研究目標則呼應聯合國的17項永續發展目標(Sustainable Development Goals , SDGs),期望在2030年以前,強化農食系統agri-food system (AFS) ,並落實亞洲太平洋地區的農業永續發展。其中農食系統包含:1. 農業與食物生產的自然環境永續利用,例如農業森林生態系、農業生物多樣性、生質能源發展與生物技術在糧食生齒的應用。 2. 農食生產的風險管理,分析氣候變遷對食物生產的衝擊、天災、病蟲害對農民生計的影響,並研擬證這制定的策略。3. 小型生產者的平權運動,協助小農的生產技術,例如收穫與採收後加工,提升小型生產者在產業的競爭力。4. 分析農業政策與法律規範對農食發展的影響。





SEARCA 南亞農業研究發展中心

Southeast Asian Regional Center for Graduate Study and Research in Agriculture (SEARCA)


南亞農業研究發展中心,致力促進南亞地區的農村發展及永續農業。藉由整合各區域的高等教育資源,以科學教育與知識管理解決南亞區域的農業問題。其發展目標有三項,第一,加強農村經濟競爭力:強化小農與青農的農業經濟收入、以科技協助農業耕作、確保農民有足夠的食物與營養等。第二:建立自然資源管理系統,降低極端氣候對農業的衝擊。第三,組織南亞各國,建立區域性的貿易合作,協助政府單位互相交流與政策擬定方向。





上述網站內容豐富,南亞各國的尖端農業發展趨勢,皆可透過SEARCA窺知一二,關心南進政策的農業從業人員,必定不能錯過這些資訊。


2018年6月7日 星期四

The Integrated Pest Management Institute of North America 北美綜合病蟲害管理組織

The Integrated Pest Management Institute of North America 北美綜合病蟲害管理組織

https://ipminstitute.org/

編譯與整理 張瑞玶

北美綜合病蟲害管理組織(IPM)於1998年成立,是一個發展迅速的非營利組織,旨在透過市場力量促進病蟲害綜合管理機制以及其他可持續實踐的機制來提高農業與社區的永續發展。




本組織目前正有數十項應用病蟲害管理與其他農業相關實踐的計畫持續進行中,包含改善工作條件、減少溫室氣體排放、改善空氣質量、改善水質與土壤健康、減少農藥使用、農藥對健康與環境的危害,以及肥料在農業與社區中的使用等計劃。

另外,對於病蟲害管理與永續農業發展有興趣的專家學者、學生、一般大眾以及相關農業人士,透過北美綜合病蟲害管理組織的官方網站,可以查詢北美地區最新的病蟲害管理相關之講座與研討會資訊,或是可以藉由官網所提供的網站連結來理解合作組織之最新發展概況。

2018年5月31日 星期四

尖端育種技術保留優質豬基因,基因編輯改善肉豬養殖產業

尖端育種技術保留優質豬基因,基因編輯改善肉豬養殖產業

編譯 張瑞玶編輯 柴幗馨

尖端育種技術不只應用在作物改良,美國農業部正以基因編輯技術保存優良品系豬隻的基因序列,改善商業肉豬的育種困難。 畜產學家育成了「專門儲藏特定基因」的種豬,將豬隻產業需要的優質基因序列,以豬的精子幹細胞作為載體,移植進專門配種的種豬裡。

由愛丁堡大學羅斯林研究所、華盛頓州立大學、馬里蘭大學以及美國農業部動物科學與生物技術實驗室的專家共同組成研究團隊,他們表示:運用CRISPR-Cas9基因編輯技術改良豬隻的精子幹細胞,產生自體精細胞不孕的種豬,搭配精子幹細胞轉殖技術,是基因工程應用在育種事業的大突破,這有利於農民能夠更容易地、且永久保存優良動物品種的基因。



為了使種豬產生大量具有優良基因的精子,研究人員運用生物技術移除了種豬自身的精子幹細胞,再將帶有理想目標基因(像是具有良好疾病恢復能力的基因)之公豬的幹細胞轉殖至種豬的基因序列之中,讓種豬能產生優良基因的精子,並傳給其子代。

基因編輯後的種豬一樣擁有正常功能的睾丸生殖能力,但無法傳遞自身的遺傳物質,而是把具有來自基因編輯後所的優良基因,儲存在精細胞中。


迄今為止,透過生物技術方法,成功地將幹細胞轉移至種豬的案例相當少。過去大多使用化學藥物或是輻射來移除種豬的精子幹細胞,然而這樣的處理方式可能造成種豬的睪丸中,那些產生精子時所需的組織細胞受到損害,因而無法順利地生產精子。

研究團隊運用CRISPR-Cas9系統,將「NANOS2蛋白質」,一種決定生殖細胞分化成精子細胞或卵子細胞的重要蛋白質進行基因編輯。

當NANOS2蛋白存在於生殖細胞時,生殖細胞即會分化成精子細胞。但NANOS2蛋白質在生殖細胞之中無法正常運作,意即生殖細胞就無法分化成精子細胞,因而造成所謂的男性不孕症。藉由這個概念,研究人員們使用編輯了豬隻基因序列中的序列,讓精子細胞中的NANOS2蛋白質失去活性,產生不孕的性狀。

這些經由CRISPR-Cas9改變基因序列的種豬,其睾丸與生殖相關的組織並沒受到其他損害,且種豬健康狀況依然良好。

愛丁堡大學羅斯林研究所,發育生物學的Bruce Whitelaw教授指出:CRISPR-Cas9技術應用在種豬精子幹細胞的品種改良,不僅可以顯著地提升養殖豬的生產效率與品質,還能夠有效地改善其生產動物的特質。根據本研究的成果,基因編輯技術將有助於畜產動物優良品種的基因保存和應用。

資料來源: 每日科學 Jan 13, 2017   Pig gene advance could boost sperm stocks from prized animals

2018年5月27日 星期日

【小農友大數據】火龍果十年價量分析報告

【小農友大數據】火龍果十年價量分析報告

智耕農工作室 社企流iLAB創業育成計畫

台灣從2000年(民國99年)後,隨著本土意識的崛起加上政府鼓勵鄉務農,許多年輕人開始回家鄉種田,而農業技術門檻相對低的水稻與果樹類的火龍果,成為返鄉務農的首選。由於火龍果耐逆境與復耕容易的特性,在近年來極端氣候頻仍的台灣成為農友避險的水果品項。加上果肉富含甜菜花素等保健成分,在養生風潮興起的台灣市場端十分討喜,栽種與需求的刺激下成為了農友搶種的水果品項之一。

從2015年開始許多農業專家們紛紛提出「火龍果價格崩盤」的警訊,到底影響價格崩盤的因素為何?事實上真的『崩』了嗎?農友們,讓數據來說話吧。


每年5月到9月是夏季水果大出(盛產)的季節,因此夏季水果價格的影響因子除了產量、颱風、以及天氣災害等之外,還得考量「水果品項的飲食替代性」當年度其他大宗水果如芒果、鳳梨、西瓜、以及香蕉等產量,畢竟大宗水果產量多,便會排擠火龍果
的價格優勢。




近十年台灣火龍果栽培面積正在大幅增長中,產量亦如是,而多年性週期果樹往往在種植後第三年開始,產量才開始達到高峰。單從栽培面積很可能無法快速評估預期的產量,市場價格的變化也需要等待2-3年才會出現變化。儘管價格崩盤的風聲四起,但民國104年與105年的極端氣候與風災,確實讓「先進場」的果農嚐到了甜頭,當年度大宗水果產量受天災大幅減產,耐風災的火龍果價格反而水漲船高。

(註:受到104年暖冬多雨影響,105年芒果、荔枝與龍眼這類需要相對低溫與乾旱才能促使花芽分化的亞熱帶果樹,從開花就亂了套。更不用提當年二月霸王寒流造成棗子、蓮霧、與小番茄減產。不用等到颱風來襲,交易量跟歷年比就少了一截,價格也不像歷年隨著天氣漸熱而下挫。那些年大起大落的果農們,漫談台灣五年水果市場走勢



然而細看100年後火龍果價格的最高點走勢,從101年的最高點每公斤逼近250元之後就開始下跌。風調雨順的106年甚至只有150元左右的高點,雖然價格低點卻又能穩定遊走於每公斤28元區間,這多半起因於颱風季節造成大宗水果產量不穩定所致。

今年4月(民國107年)火龍果的價格最高點與去年相比跌了近3成,目前最高價在100元上下。隨之而來是大出的季節,加上今年芒果與鳳梨等大宗水果豐產的夾擊,火紅龍果是否會如專家預言的「崩盤」?亦或仍能繼續穩定在28元的低點?值得各位農友繼續觀察。

根據農委會統計年報與農糧署的生產預測報告顯示,直到民國106年火龍果栽培面積與產量成持續成長中,最早由中部地區開始大量種植,兩年後中南部地區跟進。超過三成的火龍果通往拍賣市場,也表示運銷市場的價量數據有其代表性。



民國107年(2018年)5月火龍果價格開始下探低點,高產導致的價格受挫是可以預期的狀況,若把颱風因子納入考量,卻又還是有機會一夕之間豬羊變色。唯一可確定:不想看天吃飯,除了風災預防措施不可少之外,將花期調整至秋冬的產調技術也是「顧巴肚」的避險策略之一。


資料來源:

農產品批發市場交易行情站
106年7月生產預測

2018年5月24日 星期四

基因編輯「脫靶效應」的隱憂,仍待育種家尋求解方

基因編輯「脫靶效應」的隱憂,仍待育種家尋求解方

編譯 張瑞玶編輯 林韋佑/責任編輯 柴幗馨

全球暖化及各種因氣候變遷引發的植物病蟲害使得世界許多地區的糧食安全受到威脅。而在低度開發國家中,貧窮與作物欠收更可能導致飢荒和營養不良等更嚴重的糧食安全問題。


面臨作物適應的相關挑戰,英國John Innes Centre 研究團隊表示:使用基因編輯技術,針對作物基因序列中的目標基因進行基因編輯,作為作物的抗病育種的工具,會是一種非常有用且有效的方法。

目前CRISPR技術應用於作物基因的研究仍不廣泛,而作物經由CRISPR技術編輯之後,是否能夠成功地將編輯後的變異序列,繼續保存於後代的植株,尚需要深入的研究。此外關於CRISPR技術的脫靶效應(off-target effect)也是科學家無法百分之百確認的問題。

「脫靶」指的是:基因編輯的時候,CRISPR-Cas9系統沒有在正確的目標基因上,進行基因編輯,因此在非目標基因序列上,產生無法預期的變異。通常序列相似的同源基因,最有可能發生脫靶的狀況。




John Innes Centre以及英國The Sainsbury Laboratory 的科學家們,針對大麥與蕓薹屬植物(Brassica,十字花科下的一屬,常見的作物有青花菜、油菜或蕪菁)的特定基因進行編輯,並分析CRISPR基因編輯的成效:包括使用CRISPR技術是否能促使單子葉植物與雙子葉植物的目標基因片段產生變化、後代植物是否能夠遺傳編輯後的基因、以及基因編輯過程中發生脫靶效應的頻率。

研究成果顯示,大麥與蕓薹屬作物的目標基因片段在使用CRISPR技術之後都有產生微小的變化,雖然僅涉及目標基因序列中的1-6個鹼基。然而,這樣的微小變化也足以有效地阻止目標基因的正常運作。

研究近一步針對後代植株進行基因檢測,發現編輯後的基因序列不僅能保存在後代植株之中,而且後代植株的背景基因組,與使用傳統育種方法培育的後代沒有任何顯著差異。

育種家以基因編輯技術改變模式植物-十字花科阿拉伯芥的植株高度與果莢形狀(右),左方植株為控制組


儘管論文中提供了「如何降低脫靶效應」的試驗設計方法,但在研究過程中大麥與芸薹屬這兩種作物還是發生脫靶效應。

這表示未來科學家應該更謹慎的看待「如何確保CRISPR系統僅只編輯目標基因」的議題,而脫靶效應的發生,也就表示一個基因家族之中除了目標基因本身,同時還有許多相關的基因組都發生了變異。換句話說,除了研究者所認定的目標基因之外,可能還需考量更多非預期的基因編輯事件。


基因編輯領域中的專家,Wendy Harwood教授表示:CRISPR技術的優點在於「它能在特定基因之中產生細微的改變,並有效地阻止特定基因運作」,因此能成為發展抗病作物的方法。

由於透過基因編輯後所生產的最終作物並沒有插入外源基因,這類作物與自然發生突變的植物基因、或運用傳統突變育種方法所繁殖的作物,基本上是沒有任何差異的。

綜合以上特質,使用CRISPR基因編輯技術並應用於作物育種,仍有助於未來人類面對與解決氣候快速變遷與糧食安全危機等議題。


資料來源: 每日科學 Nov 30, 2015   Scientists use CRISPR technology to edit crop genes, subsequent generations contain no transgenes

2018年5月17日 星期四

育種調色盤:基因編輯讓紫色朝顏變白花

育種調色盤:基因編輯讓紫色朝顏變白花

編譯 張瑞玶編輯 林韋佑、柴幗馨

CRISPR-Cas9系統是目前廣泛使用的基因編輯工具之一,這是一種基於細菌防禦機制而存在的系統,主要由兩個可以改變DNA序列的分子組成。透過引導RNA協助Cas9酶,在特定且精準的位置將DNA的兩條鏈進行切割,以便在該位置添加或移除指定的DNA。

日本筑波大學(University of Tsukuba)、日本國家農業暨食品研究組織(National Agriculture and Food Research Organization, NARO)以及橫濱市立大學(Yokohama City University)的科學家們應用CRISPR-Cas9技術於園藝植物基因研究,企圖藉由此技術改變日本傳統的日式庭園植物-日本朝顏(牽牛花)之花朵顏色,從常見的紫色轉變成白色。




日本朝顏,是日本國家生物資源計畫(NBRP)所認可的傳統園藝模式植物中的一種。許多日本學者早已針對此園藝植物進行廣泛的基因研究,例如基因組定序與建立DNA轉移方法。



在日本朝顏的基因組之中,有一個名叫「dihydroflavonol-4-reductase-B(DFR-B)」的基因,是花青素合成酶的活性位點,此基因能夠活化花青素合成酶並產生花青素,因而能控制植物的莖、葉子與花朵的顏色。


然而,在這段基因序列中,由於DFR-B基因還緊連著DFR-A與DRF-C兩個非常密切相關的基因。因此,想要控制日本朝顏花朵顏色的最大挑戰即是:在不改變其他基因的狀況下,準確且明確地控制DFR-B基因。


日本朝顏基因序列中的DFR-B基因片段即CRISPR-Cas9系統的目標基因。透過基因編輯系統精確的改變DFR-B序列,只要DFR-B基因的序列發生改變,就有機會使花青素合成酶失去活性,讓植物的莖、葉子與花朵色彩無法呈現紫色的花青素。


經過基因編輯後的日本朝顏植株,花青素合成酶失去活性,有大約75%的轉基因植物出現綠色莖與白色花朵的性狀;對照非轉基因植物,植株含有有活化的青花素合成酶,因此花朵與莖桿則依然呈現紫羅蘭色。


經過基因序列分析後,研究也證實:轉基因植物中,DFR-B基因序列發生了各種不同的改變,例如序列被刪除、替換、或是多增加了幾個遺傳密碼子等。此外DFR-A與DFR-C這兩個相關基因並沒有發生突變。


值得一提的是,儘管CRISPR-Cas9系統並不能百分百的能夠控制植物花朵的顏色,但在本篇研究中,基因編輯的突變率為75%,相對其它育種方法而言已是相當高的突變率。


此研究的顯著成果不僅證實了使用CRISPR-Cas9系統能成功地將日本朝顏花朵顏色由紫轉白,同時也突顯出CRISPR-Cas9基因編輯工具應用於園藝植物基因研究與操作上的巨大潛力。另一方面,亦提升許多專家學者未來將CRISPR-Cas9系統應用於裝飾性花卉或蔬菜之花朵顏色與花朵形狀相關研究之興趣。

資料來源: 每日科學 Sep 5, 2017   CRISPR technology used to change flower color

2018年5月10日 星期四

不再只有基改、非基改,新型生技作物挑戰全球法規定義與規範

不再只有基改、非基改,NBT新型生技作物挑戰全球法規定義與規範

編譯與整理 柴幗馨


2018年1月掌管歐盟基改規範的最高法庭—歐洲法院,對於部分新育種方法「基因編輯技術」在法規上的分類,給予「不應該屬於基改(GMO)管轄範圍」的認定。換言之,儘管種苗育成的過程中,使用了基因改造技術,只要最終產物不具有對環境高風險的外源基因,該品系的商業登記與種植許可等申請流程,就不必受到與基改作物一般地嚴格的管理機制。

隨著生物技術與細胞學的快速發展,不只基因編輯技術,像是原生質體培養、生物化學誘變、甚至品種間的嫁接等,都是結合了傳統育種與基因改造科學的尖端育種技術(NBT,new plant-breeding techniques)。


2016年歐盟列出了八項屬於NBT的育種科技,包含:

1. 聚核酸突變(oligonucleotide directed mutagenesis,ODM) 或稱作快速精確育種系統(Rapid Trait Development System,RTDS):

以人工合成的核甘酸片段,誘導原生質細胞發生基因變異,接者使用原生質體融合技術,得到具有基因變異的植物細胞,再以細胞再生技術,讓細胞分化並發育成植株,得到產生基因變異的子代。

台灣的龍燈公司與聖地牙哥Cibus Global公司共同開發的耐除草劑油用芥花籽即是使用此技術,而美國農業部對RTDS的管制認定其屬於非基改作物,此品種亦已經在美加地區種植。



2. 核酸鋅指酶技術與CIRSPR-Cas9基因編輯系統:

截至2018年,陸續有玉米、蘑菇、以及青花菜等作物等,成功使用基因編輯系統的商業品系申請上市販售,預計2020年世界排名第二大的美國化工公司杜邦將規模性地種植糯性玉米品系。


3. 同源基因轉殖(cisgenesis)與異源基因轉殖(intragenesis):

抗晚疫病之馬鈴薯與北極金冠蘋果等商業品種,皆是以人工改造物種自身的基因序列,達到改良性狀的育種方法。

科學家提出作物育種4.0概念,融合新型生物技術的育種方式,將成為世界糧食研究主流趨勢。圖片來源:https://twitter.com/BioBeef/status/952935954104201216?s=09




4. 以基改作為嫁接砧木:

將有抗性的基改作物當成砧木,使接木得到改基因編碼的酵素因此產生抗性。目前尚未有商業品種,已知有蘋果、梨與葡萄等處於研究階段的試驗結果。



5. 農桿菌接種:


將特定基因序列轉殖入農桿菌中,讓農桿菌感染作物,間接使作物帶有目標序列,目前無商業品種。



6. RNA型DNA甲基化 (RdDM):

以基改技術將小片段RNA轉殖入目標品系,活化DNA甲基化,改變基因的表現模式,目前無商業品種。




7. 反向遺傳學:

傳統(正向)遺傳學是以找到目標性狀為優先,進而研究哪些基因改變了性狀。反向遺傳學則剛好相反,育種家藉由改造已知功能的基因調控機制,藉此改變基因表現特性,使作物的性狀發生變異,顯少有商業之應用。



8. 合成基因體學:

以人工合成方式,研究多種基因的功能,並系統性的研究基因與其所調控的生化反應,此技術目前仍在研究階段。


以上八項技術均以人為方式改變了作物特定的基因序列,但與傳統育種技術融合之後,就有機會產生不帶外源基因的品系。NBT打破了大眾對於育種的舊有思惟,也創造許多解釋「重組基因定義」的模糊空間,從2016年以來,歐盟便開始重新檢視現有法規是否適用新興育種技術。而2018年歐盟執委會對這些新技術的分類,則是全球農業生技產業關注的焦點。


資料來源: Eurpoean Parliament Think Tank Oct 05, 2016   New plant-breeding techniques: Applicability of GM rules