淺談分子標誌輔助選種對於臺灣作物品種育成之利用

吳晉宇

國立屏東科技大學農園生產系

傳統雜交育種

作物品種改良為一耗時費工之過程，育種家可藉由親本雜交獲得具有遺傳變異的後代族群，利用譜系法(Pedigree method)、混合法(Bulk method)、混合譜系法(Mass-pedigree selection)、單粒系統法(Single seed descent method)或多系雜交法(multiple cross breeding)等方式評量外表性狀選拔優良個體，代復一代純化穩定成為品系，進一步提出命名成為品種。作物之外表性狀受基因、環境及兩者交感效應所影響，在面對氣候變遷、新型病蟲害快速增加的情況下，傳統雜交育種愈顯成效不彰，因此開發新型態育種方式為重要課題之一。

分子標誌輔助選種

分子標誌輔助選種(marker assisted selection, MAS)係利用酵素活性或基因組DNA(Deoxyribonucleic acid，去氧核糖核酸)檢測方式融入後代優良個體選拔過程，可在植株幼苗期進行檢測且不受環境季節影響，提早得知並淘汰不良基因型個體，加速育種流程。由於近代生物技術的發展中，聚合酶連鎖反應(Polymerase chain reaction, PCR)技術普及加上定序技術的成熟、成本下降，以至於基因體數據快速的累積，使MAS多以檢測基因組DNA為主，並成為育種流程中重要的一環。

分子標誌的種類

一、同功異構酶(Isozyme)
指具有相同受質且專一性高，但是分子型態不同的一群酶(酵素)，同功異構酶之差異受基因所控制，可於電泳圖譜上表現出多型性，為共顯性標記，能夠區分出同質結合(homozygote)及異質結合(heterozygote) 的個體。

二、限制酶片段長度多型性(Restriction fragment length polymorphism, RFLP)
利用限制酵素(restriction enzyme)將DNA截切成不等長之片段，爾後將這些核酸片段以電泳方式分離，並利用轉漬方式將其轉印到轉漬膜上。使用特殊標記的探針(probe)與膜上DNA進行雜合(hybridization)，隨後用顯影技術分析雜合片段。RFLP為共顯性標記，能夠區分出同質結合及異質結合的個體。

三、核酸逢機增幅指紋(Random amplified polymorphic DNA, RAPD)
利用單一引子(primer)在較低的煉合溫度(annealing temperature)(30 – 40℃)，經過PCR反應擴增不同長度片段，經電泳分析其多型性。RAPD為顯性標記，無法區分出同質結合及異質結合的個體。若將RAPD條帶進行定序並重新設計引子即可得到SCAR(Sequence characterized amplified region)標誌。

四、增幅片段長度多型性(Amplified fragment length polymorphism, AFLP)
使用二種不同的限制酶截切DNA後，接上轉接序列(adaptor)後根據adaptor及限制酶切位設計引子，選擇性的擴增片段，再定序、分析擴增片段。AFLP亦為顯性標記，無法區分出同質結合及異質結合的個體。

五、簡單序列重複(Simple sequence repeat, SSR)
簡單序列重複又可稱為微衛星重複序列(microsatellite repeats)，遍布於真核生物基因組中，所以可利用SSR兩旁的序列設計引子，其PCR擴增產物呈現多型性。通常SSR為共顯性標記，能夠區分出同質結合及異質結合的個體。

六、簡單序列重複間(Inter simple sequence repeats, ISSR)
ISSR為利用SSR之特點在其5’或3’端延伸1 – 4個核苷酸當作引子進行PCR擴增分析條帶多型性，可為顯性或共顯性標記。

七、單核苷酸多型性(Single nucleotide polymorphism, SNP)
SNP為基因組DNA序列中單一鹼基對(base pair)的變異，即四種核苷酸腺嘌呤(Adenine, A)、鳥嘌呤(Guanine, G)、胞嘧啶(Cytosine, C)與胸腺嘧啶(Thymine, T)。可利用此特性設計專一性引子進行PCR反應擴增片段或定序方式分析在基因組分布情形。SNP為共顯性標記，能夠區分出同質結合及異質結合的個體。

八、切割擴增多型性序列(Cleaved amplified polymorphic sequence, CAPS)
CAPS基於SNP的基礎上結合了限制酶作用，可看作同時結合PCR與RFLP分子標誌的特性，先透過PCR反應擴增片段再以限制酶截切片段來產生大量多型性分析資料，為共顯性標記，能夠區分出同質結合及異質結合的個體。

利用分子標誌輔助選種的育種成果(表1)

一、水稻
水稻為臺灣重要糧食作物之一，完整的灌溉系統與高度機械化作業加上有許多農業改良單位進行新品種的開發，使得臺灣具有多樣化的水稻品種，近年來更藉由分子標誌補助選種技術育成與環境因子、病蟲害抗性相關的新水稻品種，以下介紹近年來以MAS方式所育成的水稻品種：

(一)臺南16號、臺南19號
水稻臺南16號為臺南區農業改良場欲改良米質優良日本品種越光在臺灣二期作光敏感性之不良性狀，以過去良質米品種臺農67號為貢獻親提供光鈍感基因座於越光品種，利用MAS技術育成兼具越光米質及臺農67號光鈍感特性之品種，增加二期作產量；水稻臺南19號同為臺南區農業改良場品種，欲改良具有芋頭香味、適應性廣之臺南13號，其在高溫環境下具有較高米粒白堊質之不良性狀。利用MAS技術將低白堊質及高食味相關數量性狀基因座導入其中，改良米質。

(二)臺農85號
水稻臺農85號為農業試驗所改良優質水稻品種臺農71號對褐飛蝨的抵抗性，利用與一年生野生稻種Oryza nivara抗褐飛蝨品系RI53雜交，使用MAS方法將抗蟲基因導入臺農71號育成臺農85號，並維持臺農71號之早熟、優良米質等特性。

(三)臺中秈199號
臺中區農業改良場引進國際稻米研究所(International Rice Research Institute, IRRI)的抗白葉枯病水稻品種IRBB62與臺中秈10號雜交，利用MAS技術將Xa4、Xa7、Xa21三個抗病基因導入，並維持親本的優良性狀育成臺中秈199號。

(四)臺大高雄1號
水稻臺大高雄1號為高雄區農業改良場與國立臺灣大學植物病理與微生物學系鍾嘉綾教授合作，利用MAS技術將抗稻熱病品種IRBL9-W之Pi9抗病基因導入高雄145號育成臺大高雄1號，且維持親本高雄145號之優良性狀，商品名為「情有獨鍾」。

二、落花生
落花生為臺灣重要糧食作物之一，可加工成具特殊風味食品，深受消費者喜愛，但其中的亞油酸(Linoleic)結構不穩定，易氧化產生油耗味。當油酸(Oleic)比例增加時可提高油質穩定度，增加落花生的櫥架壽命。因此臺南區農業改場利用高油酸品種013(2)-1-F₂與臺南14號雜交，使用MAS技術導入ahFAD2A、ahFAD2B主效基因育成高油酸比例之臺南20號。

三、甘藍
甘藍為臺灣重要大宗蔬菜，其鮮食及加工特性深受國人喜愛，產量穩居蔬菜類第一名。但臺灣夏季高溫的環境不利其生產，因此臺中區農業改良場利用MAS技術將抗黃葉病基因座導入現有品種中產生臺中3號甘藍，可有效降低在高溫環境中容易罹病之黃葉病，穩定產量。

四、番茄
番茄為臺灣重要果菜類蔬菜，因其豐富的營養價值及多種用途，加上國人飲食習慣逐漸多樣化，番茄市場需求逐年增加。在栽培過程中黃化捲葉病造成嚴重的經濟損失，因此臺中區農業改良場自亞蔬 – 世界蔬菜中心之番茄種原中選拔抗病品系，並利用MAS方式將抗病基因堆疊至一代雜交種中育成番茄臺中11號，提供有機及露天栽培使用，作為農友種植的新選擇。

作物	品種名稱	導入特性	育成單位(資料來源)	年份
水稻	臺南16號	光鈍感性	臺南區農業改良場	2012
水稻	臺南19號	低白堊質	臺南區農業改良場	2019
水稻	臺農85號	抗褐飛蝨	農業試驗所	2021
水稻	臺中秈199號	抗白葉枯病	臺中區農業改良場	2021
水稻	臺大高雄1號	抗稻熱病	高雄區農業改良場	2022
落花生	臺南20號	高油酸	臺南區農業改良場	2020
甘藍	臺中3號	抗黃葉病	臺中區農業改良場	2022
番茄	臺中11號	抗番茄黃化捲葉病	臺中區農業改良場	2021

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