現代甘蔗（也稱為秀貴甘蔗，Saccharum officinarum）是人類歷史上最重要的糖料作物之一。過去的研究知道，甘蔗應該是在新幾內亞馴化，然後透過航海與貿易，逐漸成為全世界的作物。
要搞清楚甘蔗的「家族樹」可不是一件容易的事！為什麼？到底有多難呢？
打個比方吧：想從基因層面來弄清楚甘蔗的馴化，就好像在拼一副5000 片、顏色很相似的拼圖。
為什麼這麼說呢？因為甘蔗的基因體極度龐大而且複雜。甘蔗是所謂的「高倍多元體」，也就是說它的每條染色體都有多份拷貝（多倍體），不同祖先的基因交錯重組在一起。
結果是：你根本分不清這個基因到底是來自於哪個祖先。
傳統的做法（SNP 分析）就像拿著「原圖」拼拼圖
以前的研究者以基因體來研究作物演化，是利用所謂的SNP（單一核苷酸多型）分析：
他們把 DNA 片段比對到參考基因體，看哪個鹼基（A、T、C、G）不同，再據此分辨這段基因是來自於哪一個祖先。
這就像拼拼圖時會拿著一張原始圖案（參考基因體），逐片比對顏色與線條，想找到那些細微的差異，好判定這片拼圖該屬於哪個位置。
這個方法在不那麼複雜的基因體（例如玉米、水稻）很有效，但對甘蔗來說卻幾乎行不通——因為太多片「長得一模一樣」，結果比對軟體也搞不清楚哪個才是正確位置。
法國團隊的k-mer 分析：不看整張圖，先依照每片的顏色分類
2025 年，法國 CIRAD 團隊改變了思考方式。
他們放下「原圖」，改用一種更直覺的方法：
先觀察每一片拼圖的花紋，把顏色相似的放在一起，然後再看看這些花紋有沒有重複、出現在哪些拼圖群裡。
這些「小花紋」就是所謂的k-mer。
圖片作者：ChatGPT
在這篇研究裡，他們選用長度為50 個鹼基的 k-mer（50-mer），代表一段短短的 DNA 片段。
他們沒有先把所有甘蔗基因體的片段拼成整條染色體，而是直接去數每個k-mer片段在資料中出現的頻率。
為什麼挑50個鹼基？
因為在分子生物學與生物資訊領域中，有一個經驗法則：
隨機 DNA 序列只要超過大約 17–25 個鹼基（通常取 20–25mer），在整個基因體中就幾乎不會重複。
通常我們會選「27mer」，因為這個數值屬於這個區間稍微再高一點的安全範圍，也就是說，當一段 DNA 序列長度達 27 個鹼基時，它出現在基因體中「完全一模一樣」的機率幾乎趨近於零。
為什麼？
假設每個位置上只有四種鹼基（A、T、C、G），那麼 27 個鹼基的排列組合有 427
種可能，這是一個大約 7 × 1016 的天文數字。
即使是人類基因體（30 億 bp）或甘蔗那樣的超大基因體（>10¹¹ bp），要出現兩段完全相同的 27mer 幾乎不可能——除非是重複序列或轉位子。
在這個研究裡，法國研究團隊選了50mer，這樣對甘蔗這種高倍多元體來說，不僅找到一模一樣的序列的機會更低，而且這麼長的一段，將來還可以用來製作螢光探針，定位它在染色體上的位置。
因此，若某段k-mer只出現在新畿內亞野生蔗（S. robustum），那就是這個祖先的「指紋」；
若某段出現在多個物種中，就代表它們有共同的來源；
若某些稀有片段只在特定區域的樣本中出現，那可能來自該區域的未知祖先物種。
這個方法，讓研究團隊成功重建了甘蔗的血統比例。他們發現，現代甘蔗的基因體有約 74%來自於新畿內亞野生蔗，另外25%來自甜根子草（S. spontaneum，也稱為割手蜜），然後還有大約 1%來自一個原生於新喀里多尼亞與太平洋島嶼的未知祖先。
研究團隊在顯微鏡下也看到這 1% 的未知祖先。透過使用那些 50-mer 設計的螢光原位雜交（FISH）探針，讓染色體上不同祖先的區段真的「亮」了出來。
k-mer 分析的思維其實是一種革命性的思考：
它不再追求每個字母的精確比對、不執著於要把整個基因體給「畫」出來，而是看整體「圖案」的分布。
這就像我們不再試著拼出整幅圖，而是先用花紋分類所有拼圖，再由這些花紋推回哪一套拼圖、哪個祖先。
這個方法不只解開了甘蔗的家譜，
還讓人看見人類與植物共同的遷徙路線：
他們發現，甘蔗的確是在新幾內亞第一次被人類馴化。當地的人把新幾內亞野生蔗馴化為秀貴甘蔗（S. officinarum）。
接著，秀貴甘蔗向西傳入亞洲，與甜根子草雜交；另外它也向東航向太平洋，與未知祖先再度混血。
到了近代，透過育種再把它們再度混合，培育出現代高糖品系。
甘蔗基因體研究的突破提醒我們：
有時理解生命，不需要逐字讀懂 DNA，反而要學會看「整體的紋理」。
這種從「比對差異」轉向「比對存在」的思維，
正在重塑我們探索多倍體植物的方式。
未來，我們或許會發現，每一株作物的演化故事，都藏在這些微小而重複的花紋之中。
然後，因為用了拼圖來做比喻，我查了一下發現，
世界上最多片的拼圖是40,320片...
參考文獻：
Garsmeur, O., Rio, S., Pompidor, N., et al. (2025). The genomic footprints of wild Saccharum species trace domestication, diversification, and modern breeding of sugarcane. Cell, 188(24), 1–15. https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.09.017
