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2019-02-01中研院團隊解碼牛樟基因定序 改寫植物族譜
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【本刊訊】臺灣特有喬木──牛樟（Cinnamomum kanehirae Hayata）不但是可提煉芳香精油的上等木材，更能培養出素有「森林紅寶石」之稱的牛樟芝（Antrodia cinnamomea），可惜因遭受大量盜採而瀕臨絕種。中央研究院生物多樣性研究中心研究團隊日前於《自然植物》（Nature Plants）期刊發表最新研究，將牛樟的基因體定序解碼並釐清其演化地位，可望強化牛樟復育，並解釋為何牛樟具獨特芳香且有利牛樟芝生長。
該中心特聘研究員趙淑妙表示，牛樟的基因資料有如其身世密碼，透過基因體比對，可根據演化地位畫出族譜與它的「兄弟姊妹」。雖說牛樟屬雙子葉植物中被認為是較原始的木蘭類植物（magnoliids），與真雙子葉植物只是遠親關係，然而透過牛樟基因體定序（whole-genome sequencing, WGS）與重繪開花植物生命樹（tree of life）後，研究團隊發現木蘭類植物應為真雙子葉植物的「姊妹群」而非遠親。參與研究的蔡怡陞強調，要將WGS做到染色體程度並不容易，過程中須先取出牛樟細胞中如打結毛線般的染色體DNA，再以不同演算法重建、註解，找出牛樟半套為12條染色體的基因組合，方能與其他植物基因體深度比較。
研究團隊也發現，牛樟的基因體在多次染色體內局部複製及重組後，許多可合成萜類化合物的基因大幅增加；萜類化合物是芳香醇的主要元素，該研究所定出的牛樟萜類合成基因（terpenoid synthase genes）高達101個，也因此其擁有開花植物中最豐富多樣的芳香氣味。此外經比對發現，牛樟中的2種特有萜類，也恰巧為牛樟芝具抗癌、保肝藥性萜類成分的基質，這可能是牛樟芝喜歡寄生於牛樟的原因。
牛樟木材因獨特的芳香且耐腐、抗蟲，常被製成高級家俱及木刻藝品；然而因人類大量盜採，已被列為十分罕見的一級保育樹種。令人意想不到的是，研究團隊在深入分析演化的時間軸後發現，牛樟族群持續且穩定的縮減竟可追溯至過去9百萬年，顯示牛樟數量的減少不僅只是人為因素。對此蔡怡陞推測，近期牛樟野生族群的消失雖與近半世紀來的盜伐有關，然由於其本身遺傳的多樣性，極可能早就被臺灣複雜的地質變動所影響。
牛樟因其獨特的身世，在演化及分類學中有其重要價值，此次研究找出牛樟特別的基因，對其復育工作來說更至關重要。此外，該類研究也讓人們在未來除了針對牛樟芳香、抗腐及抗蟲的基因作開發應用，亦可如人類臍帶血技術般用於牛樟及其親緣植物的疾病治療。
延伸閱讀
〈搶救國寶牛樟！ 牛樟全基因體定序重寫植物族譜〉，中央研究院，2019年1月22日。