基因丟丟丟～馴化造成基因不見了

作物馴化（crop domestication）對作物本身造成的最大的影響，大概就是「馴化症候群」（domestication）了，可以吃/用的部位變大、從雌雄異株變為雌雄同株、多年生/二年生變成一年生、從異株授粉變為自花授粉、可食部分變得美味...

當然，馴化也會產生其他的影響，例如因為植物產生的化學物質組成改變，而影響到微生物體的組成。但是，還有更驚人的改變：遺失基因。

最早的研究是在玉米。科學家們發現有83%的基因並不是在所有品系的玉米中都有表現，意味著玉米在馴化後，有好些基因都不見了或是不表現。

類似的現象，後來在水稻、小麥、大豆、番茄、高粱、油菜與馬鈴薯都觀察到。最近有研究團隊研究了菜豆（Phaseolus vulgaris），也發現了類似的現象。

菜豆。圖片來源：維基百科

過去的研究發現，原生於中南美洲的菜豆，分別在美洲的兩個地點馴化：中美洲與安地斯高原。馴化的菜豆，最明顯的變化就是從短日照變得對日照長度不敏感，以及從二年生變為一年生。

最近的研究，以5個高品質基因體資料，加上339個全基因體定序資料，來建立所謂的「泛基因體」（pan-genome）。這些基因體資料來自於野生種與栽培品系，且包含來自中美洲與安地斯高原的品系。

結果發現，只有59%的基因是在所有菜豆中都有表現的，其他41%則僅在部分的菜豆中表現。更驚人的是，他們發現了6905個新的基因，這些基因在原先的參考基因體（G19833 v.2.1）中並不存在。若以泛基因體中共有34,338個基因來計算，大約五分之一（20.11%）的基因在馴化中不見了。

這些消失的基因們，是否與特定的功能有關呢？研究團隊發現，這些基因主要集中在花粉萌發、先天免疫、非生物性壓力耐受性以及根毛生長這幾個面向。

為什麼會丟掉這麼多基因呢？研究團隊認為，可能是因為馴化後選擇壓力改變，這些原先在野生種裡面可能是很重要的基因，到了馴化品系中卻變得不再重要。例如非生物性壓力相關的基因，或許是因為馴化後農夫一定會定時澆水，所以就不需要很耐旱了？

但是，隨著全球暖化、氣候變遷，過去或許不那麼重要的特性，現在可能會、或許會、一定會變得越來越重要了；但是，這些基因卻已經被丟掉了！這個研究讓我們了解，或許要培育出能適應當前環境的菜豆，我們更需要從野生種引入基因，而不是只想著將現有的栽培品系雜交而已喔。

參考文獻：

Cortinovis, G., Vincenzi, L., Anderson, R. et al. Adaptive gene loss in the common bean pan-genome during range expansion and domestication. Nat Commun 15, 6698 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-51032-2