【圖：陳柏仰研究室提供；繪製：@Nien Illustration】
在這個充滿現代科技的時代，我們不僅可以追蹤星星的運行，還能深入探索植物細胞內微小而神奇的世界。或許你對「轉基因」這個詞彙感到耳熟，它代表著一項引人矚目的科學技術，可以讓我們精心培育植物，讓它們變得更美麗、堅強、更耐受環境挑戰，甚至提升它們的風味。但是，你或許會好奇，科學家們是如何確保在轉基因的過程中，新引進的基因是不是都能夠順利融入植物的基因組中呢？正是在這個探索的過程中，科學家們開發了一種嶄新的方法，透過觀察植物的DNA，幫助我們預測轉基因後的繽紛世界。這項創新不僅在農業上有著深遠影響，更對基因科學帶來許多啟發。
🌾DNA，這個承載著植物遺傳信息的密碼，記錄著植物生長和發展的奧秘。
要了解轉基因的奧秘，我們首先需要瞭解DNA的重要性。DNA就像是生物的遺傳指南，其中記錄了植物的成長、發展，以及如何因應環境變化的訊息。如果把這本遺傳指南想像成一本食譜書，將基因引入植物DNA的過程，就像在這本食譜書中加入全新的食材，賦予料理全新的風味。科學家將特定的基因引入植物的DNA，賦予植物新的特性，例如抵抗蟲害、增強抗病能力，或提升產量等。然而，確保這些新基因順利融入植物的基因組並正常運作，卻是一個極具挑戰性的任務，就像是將新食材巧妙融合於經典食譜中，需經過細心的檢驗和調整。在轉基因的世界中，DNA上方的一個關鍵成分「甲基」，在其中扮演著極其重要的角色。
🌾「甲基」可以附著在DNA上，影響植物的基因表現，進而影響植物的特性。
以DNA比喻為食譜書，甲基就像是書中的重點標記，指引我們關注的要點。甲基化讓有著一樣DNA的植物迅速展現出不同的基因活性，而這個活性的轉變是個動態且可逆的過程，讓植物快速地因應環境變化或不同時期的生長發育。
實際上DNA甲基化標記可能抑制基因的活性，而缺乏甲基化的基因會引起植物細胞更多的注意，導致更多轉錄和運作。因此透過在DNA上添加或移除甲基，植物細胞能精準地調控在特定壓力下（例如極端的溫度、缺水，或者病原體的侵襲）哪些基因應該被啟動，哪些應該被抑制，以確保每個細胞在重要的時刻做出正確的反應。這種微妙的調控機制對植物至關重要，使其能快速適應多變的環境與氣候，保持持續的生長和繁衍。
🌾植物DNA甲基化研究發現『轉基因』的副作用
科學家們發現，轉基因植物的甲基化分佈可能會有所不同。當我們將外源基因引入植物時，高度人工化的實驗過程被證實會影響植物甲基化的分佈。中研院植物暨微生物學研究所陳柏仰博士與謝若微博士逐一拆解『轉基因』的繁雜過程所需的所有處理細節，進一步找出對甲基化分佈影響最大的來源。發現過程中這些甲基化分佈的改變並不像過去所認為的隨機，反而存在一些特定的規律性和機制，影響很多下游基因甚至性狀，可以稱為『轉基因』的副作用。發現這些副作用可成為轉基因技術改良的重要參考資料，有助於我們對轉基因植物有更進一步的了解。
🌾在植物改造過程中，透過觀察DNA上甲基的變化，幫助我們判斷轉基因是否成功，這個方法有助於農業科學家節省寶貴的時間，更迅速地改進農作物。
過去，判斷轉基因是否成功需要漫長的等待，直到植物生長並顯示新的性狀。然而，現今科學家們能夠在植物的早期癒傷階段就預測轉基因是否成功整合外源基因。這些方法背後的關鍵之一，有賴於神奇的「DNA甲基化」。由於在轉基因植物的癒傷階段，DNA甲基化分佈可能會有所不同，科學家們希望透過觀察這些差異，尋找在癒傷階段和成熟植物階段保持穩定變化的特定DNA區域，這些區域有可能發展為「DMR生物標誌物」（DMR biomarkers），在未來用於預測轉基因的結果。
這項全新的DMR生物標誌物方法將可帶來多項優勢，特別對於農業和食品生產領域。它可以大幅加速轉基因作物培育的速度。傳統培育過程漫長，而新方法能在植物仍在癒傷階段時就提供轉基因成功的指標，不僅節省時間，亦降低成本，使轉基因作物更易開發和應用。此方法可進一步擴展到籼稻（indica rice）或其他轉殖效率較低的高經濟作物（例如大麥、玉米和燕麥）上，以提升作物改良效率。
藉由這些DMR生物標誌物，科學家們有可能更早地預測轉基因的結果，此方法能協助更深入了解植物基因組和生理過程，因此加速作物改良。透過觀察DNA甲基化變化，我們能了解植物如何應對壓力和環境變化，對於改進植物培育及管理策略提供新見解，同時有助於深化對自然界生物適應機制的理解。
【延伸閱讀】
中研院植微所陳柏仰博士與謝若微博士近期對水稻轉殖過程中所需要的諸多關鍵轉殖處理逐一檢測，以了解其對全基因組DNA甲基化和轉錄體的影響。這項研究結果首次展示在水稻轉殖過程中各個轉殖處理觸發的影響之特異性，以及其引起DNA甲基化和基因表達之間潛在關聯性，可稱為『轉基因』的副作用。而這些基因表達和DNA甲基化的變化部分解釋了在水稻轉殖過程中觀察到的體細胞變異，也超出了過去已知組織培養的影響，可以作為未來作物改良重要的參考資料。
論文全文詳：
Jo-Wei Allison Hsieh, Pearl Chang, Lin-Yun Kuang, Yue-Ie Hsing, Pao-Yang Chen* (2023)
Rice transformation treatments leave specific epigenome changes beyond tissue culture. Plant Physiology.
https://doi.org/10.1093/plphys/kiad382
🌾開啟作物改良的新局面
在這個充滿科技突破的時代，我們看到科學家們不斷在尋找更好的方法來改進農業生產和食品供應。透過瞭解DNA甲基化在轉基因作物中的作用，我們不僅可以更準確地預測轉基因的成功，更能節省寶貴的時間和資源，提升作物改良成效。這不僅對農業和食品行業具有深遠影響，也對我們的環境和健康產生積極作用，提升了轉基因作物的安全性和可持續性，為我們的農業生產和糧食供應帶來了蓬勃的希望與無限的可能性。