蘭花美麗密碼大解密
 
2018/07/18
 
楊長賢 | 中興大學學術副校長暨生物科技學研究所國家講座教授
 
 

蘭花是台灣花卉外銷的主力,使用傳統的雜交育種技術,已經生產出各色各樣受歡迎的商業品種。而中興大學生物科技學研究所教授楊長賢團隊從不同角度切入,利用生物技術,首先破解蘭花美麗密碼,成功縮短開花所需的時間,也產生多種新的花形,帶來商業上的新潛力。

 

調控開花時間

 

蘭花從種下到開花,一般而言需要兩、三年的時間,這也意味著育種所需的時間很長。楊長賢團隊則已經鑑別出一種文心蘭控制開花時間的基因(OMADS1),如果把文心蘭的OMADS1基因轉殖到阿拉伯芥及菸草,兩者都會提早開花。而文心蘭本身,如果讓OMADS1基因大量持續表現,也會提早開花。目前OMADS1基因已經申請專利,未來可期待對它做更多的應用。

 

調控花朵形態

 

蘭花形態的特色,在於並非其他花朵常見的輻射對稱,而是兩側對稱。形成兩側對稱的主因是唇瓣,也就是位在下方中央的那片花瓣,形態及顏色突出多變,有著演化上吸引昆蟲授粉的功能,也帶來觀賞上的趣味。

 

楊長賢團隊已經找出蘭花調控唇瓣、花瓣及花萼構造在分子層次的機制,稱之為「花被密碼」(Perianth code)。一片花瓣會發育成為唇瓣或花瓣/花萼,主要取決於兩個蛋白質複合體的競爭:當「唇瓣複合體」多時,就會形成唇瓣,「花萼/花瓣複合體」多,就會長成花萼/花瓣。但如果兩者同時存在,就出現中間型;兩者都不存在,也產生中間型。

 

為了驗證這個機制,楊長賢團隊發現在嘉德麗雅蘭中,若唇瓣複合體在花瓣上表現,會使得花瓣形狀轉變,造成花瓣的「唇瓣化」。他們也發現在石斛蘭中,若唇瓣複合體在唇瓣中不表現,而花瓣/花萼複合體在唇瓣表現出來,結果會使唇瓣變得像花瓣般伸展且變大。這些發現進一步證實「花被密碼」。

 

楊長賢團隊進一步以「病毒引發基因靜默技術」(VIGS),把唇瓣複合體中特定基因片段接在病毒上,感染蘭花,藉此減少唇瓣複合體的表現(但不是完全消滅),結果使蝴蝶蘭的唇瓣變大、產生類似花瓣的構造。此結果發表在頂尖的《自然‧植物》期刊,唇瓣花瓣化的白色蝴蝶蘭獲選為2015年5月的封面,被讚譽為「大為拓展了我們對蘭花花形多樣性變化機制的了解」。

 

進一步運用這個花被密碼,楊長賢團隊在多種蝴蝶蘭上創造出具有大型唇瓣的新花形,命名為「鳳凰蘭」,在2016年台灣國際蘭展上展示。此種改變蘭花唇瓣形態的技術也已經取得專利。

 

楊長賢團隊也透過控制其他不同基因的表現,成功使文心蘭花朵變小、粉紫蝴蝶蘭花色變淡、白色蝴蝶蘭顏色加深成淡黃色、甚至使蝴蝶蘭唇瓣失去對稱性等。

 

要達到這些變化,必須先了解哪些基因控制花朵形態及顏色等特徵後,便可透過基因技術去改造,而且速度相當快,傳統育種可能需要花七、八年時間,透過這種新方法,兩個月就可看到具體成果。

 

再者,當使用「病毒引發基因靜默技術」,透過病毒干擾受感染植株的蛋白質生成時,並不會改變蘭花本身的DNA,所以下一代植株開的花會恢復原來的樣子,從商業上來說也具有不能被他人複製的優勢。【整理|科學人】

 

延伸閱讀

  1. 台灣如何成為蝴蝶蘭王國?《科學人》2007年11月,http://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?Unit=featurearticles&id=1108

 

 
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