粒粒盤中飧﹐「解讀」皆辛苦。
兩個研究團體在四月初發表稻米基因體序列的草圖。
稻米(Oryza sativa) 不單單是第一種基因體被解讀的穀類﹐它也是全球三分之二人口的主要糧食。科學家可以利用研究稻米基因體所得的經驗﹐建立模式來解讀其他提供我們百分之九十之卡洛里之穀類。
在菲律賓馬尼拉International Rice Research Institute的所長Ronald Cantrell認為從研究基因體所得的資訊﹐可以幫助提高食品生產量﹐改善糧食供應問題。因為地球上人口不斷的增長﹐但可供耕作土地面積卻相對的減少。
全世界的研究者已嘗試創造出可以具有克服乾旱﹑高鹽度土壤﹑擁有抗蟲性特點﹑高產量﹑高維他命含量之新品種穀糧。生物科技專家希望能在一萬多品種中的稻米中﹐挑選出有用的基因﹐培養出新的稻米品種來。只要利用傳統的植物配種培育法﹐就可以在植物成熟前﹐測試新興配種是否帶有有益的新基因。絕大多數的稻米基因是其他穀類植物基因的相似基因或近親。美國聖地牙哥Torrey Mesa Research Institute的Stephen Goff說我們可以利用稻米基因體的研究所得﹐改進現有的大麥與玉米的品種﹐因為很多的穀類植物基因是可以互相替換的。
一個來自北京華大基因研究中心Beijing Genomics Institute (BGI) 的研究團體﹐負責解讀中國和東南亞地區常見的稻米品種(Oryza sativa L.ssp indica)﹐而Syngenta生物科技公司在美國的研究團體﹐解讀適合在如歐洲或日本之氣溫較低和乾燥地區生長另一品種稻米(Oryza sativa L.ssp japonica) 。
兩個團體都相信他們已定序解讀了稻米百分之九十的DNA。Syngenta已定序出japonica品種的四億兩千萬個DNA鹼基序列(420Mbp)中的三億九千萬個序列﹐而來自北京的研究團體認為indica品種之基因體應有四百六十六萬個DNA鹼基。
由公共資源贊助的International Rice Genome Sequence Project﹐正利用 一種較緩慢卻昂貴的徹底性定序法解讀稻米基因﹐他們估計會在2004年﹐推出一個更完整的稻米基因體序列解讀。
英國Norwich的John Innes Insitute之植物生物學家Michael Bevin認為雖 然近日發表的這兩篇論文﹐將成為稻米基因體分析研究的重要里程碑﹐但這還只是未來前景的一部份而已。他期許2004年發表的研究成果將會樹立起這研究領域的基準。
根據現有的證據﹐Syngenta估計稻米應有四萬個基因。但北京的研究團體認為稻米基因數在五萬個左右。Stephen Goff對兩個團體在稻米基因數目預測的相近感到驚訝。
這點證明了稻米比人類體內的基因數目還要多﹐雖然稻米的基因體只有人類基因體七分之一的DNA量多。一個解釋該現象的原因是植物基因一般上比人類基因來的短﹐稻米基因通常是4,500個DNA鹼基長﹐而一般人類基因則有30,000個DNA鹼基的長度。而植物也有複製基因﹐染色體﹐甚至整段基因體的現象。這可能是植物創造出多樣化遺傳的方法。人類可以重新排列個別基因而表達不同的蛋白質。但植物就缺乏這方面的特點﹐而仰賴為數可觀的長度較短的基因。
稻米是第二個基因體被解讀的植物。第一個是Arabidopsis thaliana﹐一種 在農業上沒有特殊貢獻的草性植物。研究者相信Arabidopsis thaliana跟稻 米的祖先在十五億年前分家﹐而演化成為完全不同的植物品種。
Arabidopsis基因體含有稻米基因體中百分之八十五的相似基因。比較這兩個品種可以幫助尋找在農業上有貢獻的基因。
相比之下﹐稻米基因體只有一半的基因可以在Arabidopsis基因體找到相似的種類。北京研究團體的Gane Wong認為另一半的稻米基因體是具有其他植物內沒有的化學特點。Wong推測稻米祖先在與Arabidopsis分家後﹐自行複製了基因體﹐而現在所見的稻米正修改複製出來的那一半﹐例如也許是將許多基因功能關閉掉等。他說我們可能正捕捉到進行中的演化過程。
稻米也許比Arabidopsis多了一倍數量的DNA﹐但稻米和其他穀類植物相比﹐還只能算是一個小矮人。小麥的每個染色體就複製了六遍﹐小麥基因體共有一千六百萬DNA鹼基的長度。很多這些額外的遺傳物質並不是表達蛋白質的編碼﹐而小麥可能也只有幾個稻米所沒有的基因而已。
在稻米基因體資料在Science學刊發表的一個月前就爆發爭議。基于商業利益﹐Syngenta沒有完全公開稻米基因體資料﹐因為將所有發表的DNA序列存放在公開的GenBank基因資料庫是科學界的常例。因此許多科學家認為Science編輯部允許 Syngenta在學刊內發表該項研究是不妥的。
Syngenta最終將他們的稻米基因體序列﹐公佈在自己的網址上﹐完全免費提供非營利學術組織參考和研究之途使用。而商業界研究者可以參考或對Syngenta解讀的稻米基因提出挑戰﹐但他們需要付費才能利用該資訊進行相關研究。
Bevan認同Syngenta的作風﹐畢竟Syngenta投入許多資源來開發這個稻米基因分析的計劃﹐他們需要有利潤性的回收。他希望在未來的一年內﹐ Syngenta可以從這些稻米基因體資料獲利﹐而改使完整的稻米基因體序列公開給大家使用。BGI的Wong認為其他完全公開的稻米基因體序列之存在﹐早晚會使Syngenta現有的優勢消失。
Beijing Genomics Institute BGI
http://www.genomics.org.cn/
Syngenta
http://www.syngenta.com
NCBI GenBank
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/
兩篇稻米基因體分析解讀的學術論文
發表於Science學刊
http://www.sciencemag.org
Yu, J. et al. A draft sequence of the rice genome (Oryza sativa L. ssp indica).
Science, 296, 79-92, (2002).
Goff, S.A. el al. A draft sequence of the rice genome (Oryza sativa L. ssp japonica).
Science, 296, 92-100, (2002).
我想說的不是Syngenta因商業利益拒絕存放Rice Genome Sequence到GenBank的爭論﹐而是該期Science介紹解讀Rice Genome的另一功臣- 北京華大基因研究中心Beijing Genomics Institute(BGI)的文章。
原來人家BGI是倉促克難成軍﹐在短期內也交出一張漂亮的成績單來﹐讓國際基因體研究專家刮目相看。更讓人津津樂道的是﹐論文發表在Science的BGI作者群年齡平均在25歲左右﹐真是少年出英雄。
北京華大基因研究中心(簡體中文入口)
http://www.genomics.org.cn:7001/index.jsp
Beijing Genomics Institute
http://www.genomics.org.cn:7001/english/main.htm
