取稻諸野，練成野生稻的「九陰真經」？
無庸置疑的，世界上的人只會越來越多。不斷增加的人口也意味著，糧食生產也要跟上人口的需求才行。根據研究，到2050年，全球水稻產量需要比現在增加一倍，才能趕上人口增長造成的糧食需求。但是，雖然有許多科學家努力研究增產的方法，目前在水稻產量增長方面卻遇到瓶頸，非常需要新的突破。
要如何突破瓶頸呢？由於近年來的育種，幾乎都是試圖從現有的栽培稻中進行；或許應該要引入野生稻，從「諸野」中尋找能改良現代水稻品種的基因資源，希望能培育出產量更高、抗病性更強、適應性更好且品質更優的新品系水稻。
不過，我們對野生稻的了解其實並不多。目前最瞭解的野生稻，大概就是O. rufipogon （普通野生稻）。如果想要從野生稻中開發新的基因資源，就必須針對「諸野」好好的研究一番才行。這就像要出門去一個完全陌生的地方，如果能先做足功課，就會更容易有新發現。
因此，最近有科學家針對13種野生稻的基因進行了詳細的研究。這些野生稻取自世界各地，包括來自南美洲巴西、秘魯等地區的O. glumaepatula（AA基因組）、以及同樣來自中南美洲的四倍體水稻（CCDD基因組）O. latifolia（中南美洲）、O. alta（南美洲）以及O. grandiglumis（南美洲亞馬遜地區）；來自亞洲的四倍體O. minuta（東南亞）、O. malampuzhaensis（印度，BBCC基因組）、二倍體O. officinalis（亞洲熱帶和亞熱帶地區，CC基因組）與O. rhizomatis（斯里蘭卡，CC基因組）、O. meyeriana（GG基因組）；來自非洲的四倍體O. punctata（BBCC基因組）、 二倍體O. eichingeri（CC基因組）以及O. brachyantha（FF基因組）；最後還有來自澳大利亞的 O. australiensis（EE基因組）。
這些野生稻分布在亞洲、非洲、美洲和澳洲等地區，反映了水稻屬在全球的廣泛分布和適應性。這種分布使得不同的野生稻種演化出適應當地環境的特殊性狀。
原產地的多樣性也說明了為什麼這些野生稻會有如此豐富的基因多樣性，因為它們需要適應不同的氣候條件和生態環境。
另外，還有之前已經被定序分析完畢的三種栽培種水稻以及一種野生稻：O. sativa ssp. japonica （Nipponbare）（稉稻）、O. sativa ssp. indica （R498）（秈稻）、O. glaberrima（非洲稻）以及O. rufipogon （普通野生稻）。
匯集了十七個水稻的資料，研究團隊發現，總共有101,723個基因家族。這些基因家族，有9,834個基因 （9.67%）是大家都有的「核心基因家族」；另外有57,822個基因 （56.84%）是屬於部分（2-15個）品種共有的「可分配基因家族」；還有僅在特定品種中出現的「特異性基因家族」，這部分總共有34,067個 （33.48%）。
另外，研究團隊發現有63,881個基因家族不存在於栽培稻，但存在於野生稻中。這個現象，在之前的棉花的研究中也存在。這個現象意味著，不只是棉花，在水稻，馴化也會造成基因的流失。
有趣的是，大部分（87.33%）的「特異性基因家族」存在於野生稻裡面。之所以會有這個現象，研究團隊認為可能是因為野生稻需要適應各種自然環境。畢竟不會有人類幫它們澆水、施肥、除草、除蟲、整地，所以與栽培稻對照來看，野生稻面臨更多的生物和非生物壓力，當然也就需要更多特異性基因來應對複雜環境囉！
特別的是，研究團隊發現，不同基因組類型的野生稻，具備有不同類型的基因：
- A基因組野生稻： 富含重金屬和耐鹽相關基因
- B基因組野生稻： 具有氧化脅迫應答相關基因
- C基因組野生稻： 富含水楊酸和類固醇激素調節基因,有助於抗病
- D基因組野生稻： 具有精氨酸合成酶相關基因,有助於環境適應
- E基因組野生稻： 富含纖維素合成酶基因,有利於生物量產生
- F基因組野生稻： 具有防禦反應相關基因
- G基因組野生稻： 富含電子傳遞相關基因,有助於耐蔭
也就是說，不同的野生稻基因組，有自己的「專長」...感覺很像不同的武林門派有自己的「絕招」！
另外一個有意思的事情是，雖然整體來說，栽培稻擁有的基因家族比野生稻要少，但若計算抗病基因的「數量」的話，栽培稻抗病基因數量並不比野生稻少喔！例如稉稻有511個抗病基因，非洲栽培稻有419個抗病基因，但是野生稻抗病基因最多的也只有669個（O. punctata），最少的則只有159個（O. australiensis）。不過，雖然栽培稻的抗病基因數量不少，但多樣性卻不如野生稻，而且栽培稻的抗病基因常常是成對或成群的出現，這可能也意味著這些抗病基因可能是來自於基因重複。
最後，野生稻的基因體出現非常多的變異，包括大量的染色體重組。尤其是1、3、6號染色體，出現的重組類型包括染色體倒位、易位。另外如亞基因組交換也出現在1、4、7號染色體上。整體來說，野生稻的基因組大約有6x107個變異，栽培稻的基因組則有5x106個變異，兩者相差了超過10倍；從蛋白質的多樣性看來，野生稻平均有7.71個變異簇，栽培稻有1.78個變異簇。
總而言之，透過詳細地研究與分析這些野生稻，發現這些野生稻真的是無價之寶！裡面有非常多特別的基因，而且不同的基因組還有自己的「絕招」呢！希望未來可以博采眾家，取長去短，或許能做出水稻的「九陰真經」呢！
參考文獻：
Long, W., He, Q., Wang, Y. et al. Genome evolution and diversity of wild and cultivated rice species. Nat Commun 15, 9994 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-54427-3
你可能也想看
