是欲速則不達嗎?為什麼植物的組織培養會引發表觀遺傳災難?

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你種過非洲堇(Streptocarpus sect. Saintpaulia)嗎?這種花小巧可愛、色彩繽紛的室內植物,是許多園藝愛好者的最愛。我在讀博士班的時候也種過一大堆,最常用的繁殖方式,就是從母株葉子上剪下一片葉子,插進盆栽或水裡,不久就能長出新芽。而且幾乎每次都能成功,花色也跟母株一模一樣,非常穩定。


不過最近我讀到一篇2025年發表在《New Phytologist》上的研究,卻讓我大吃一驚。日本近畿大學的研究團隊進行了一項非洲堇組織培養的實驗,他們從一個名為‘Kilauea’ Pink 的粉紅花品種進行組培,結果居然發現了一連串不可預期的花色變異:有的變成白花、有的出現白色條紋(個人覺得這個很有價值,不過根據論文,它表現不穩定),甚至有些原本白花的植株,在幾週後又開出了有顏色的花。


這不是因為基因突變,而是來自一種我們肉眼看不到、但影響深遠的分子機制:表觀遺傳變異(epigenetic mutation)。


在這項實驗中,研究團隊發現一個名為 SiMYB2 的基因控制著花青素的產生,它能產生兩種不同長度的mRNA,一個是功能正常,可活化花青素合成基因,產生有色花瓣的「長版」MYB2,另一個則是不具有活性,會讓非洲堇開出白花的「短版」MYB2


研究團隊發現,這兩種mRNA的啟動點不同,而且啟動位置的甲基化程度也不一樣。研究團隊證實,在非洲堇的組織培養過程中,SiMYB2 啟動子與第二外顯子區域的甲基化程度會「升高」,導致表現轉換(從「長版」變「短版」),進而影響花色表現。這種現象被稱為轉錄選擇性(transcriptional selectivity)。


這項研究最引人注意的一點是:花色不穩定幾乎只在「組織培養」出現,而非傳統插葉繁殖。這讓我們不得不重新審視組織培養這項技術。


可以這樣說:組培過程「打亂」了植物原本穩定的基因表現設定,使得本來應該開粉紅花的非洲堇,變成了白花,甚至同一株植物在不同時期、不同花朵的顏色也會變來變去。


如果你覺得非洲堇只是花變色,影響不大(但是以觀賞植物來說,這樣其實會損害植物本身的商業價值),那你可能沒聽過油棕(Elaeis guineensis)的「mantled」危機。


2015年,Nature 發表了一篇由 Sambanthamurthi 和 Martienssen 主導的研究,揭示油棕在組織培養過程中,因為一個名為 Karma 的轉座子區域失去甲基化,導致 EgDEF1 基因錯誤啟動,使果實發育異常。這些異常果實外型看起來沒問題,但內部油脂發育不全,油脂產量直接砍半(可參考我的部落格文)。


這個 mantled 現象不只讓馬來西亞油棕產業損失慘重,也讓人開始意識到:組織培養其實不是完美的複製,而是一場對細胞命運的重新啟動,可能會造成一場無法預料的突變風險。


在過去幾十年內,植物組織培養技術被廣泛應用於種苗量產、病毒去除、遺傳改良等用途。很多人認為它是一種能夠跳脫傳統繁殖速度限制、一次製造大量「複製品」的高效率技術。


但越來越多的研究發現,這種效率的背後,潛藏著表觀遺傳風險:


 表觀突變可能無法在早期被偵測;

 某些性狀的改變是可逆的,使得後代間表現變異難以掌控;

 若這些變異影響的是產量或抗病性,就可能造成實質損失。


這就像倪匡的《後備》這本小說裡提到的複製人,以為照著做一個應該會一模一樣,結果複製出來的人卻傻得無藥可救,最後只能關起來留著當本尊的器官後備。


總而言之,非洲堇的花色變異與油棕的低產果實,都是因為我們試圖用組織培養這個工具,快速量產我們以為「已經選好」的植物,卻不小心打開了表觀遺傳這個黑盒子。這不是基因序列的錯,而是基因表現設定出了岔子。


這讓我們不得不重新思考:

我們是否過度依賴這些技術,而忽略了生命的彈性與複雜?

或者,我們應該學會:不是所有能複製的東西,都值得盲目複製。


參考文獻:

Kurata, D., Tsuzaki, T., Tatsuzawa, F., Shirasawa, K., Hirakawa, H. and Hosokawa, M. (2025), Unstable anthocyanin pigmentation in Streptocarpus sect. Saintpaulia (African violet) is due to transcriptional selectivity of a single MYB gene. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.70286


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