【植物基因】提升飲食中的類胡蘿蔔素的新方法

■知道10月16日是世界糧食日(World Food Day)嗎?根據世界衛生組織的資料,維生素A缺乏每年導致25萬至50萬兒童失明,其中有一半的孩子在失去視力之後的一年內死亡。問題最嚴重的地區在撒哈拉以南非洲地區(Sub-Saharan Africa),在這裡白玉米是主食,但是白玉米所含的原維生素A(provitamin A,又稱為β-類胡蘿蔔素,人體可以轉化為維生素A)極少。

撰文|葉綠舒

除了造成兒童失明以外,飲食中的類胡蘿蔔素不足可能會導致老人的黃斑變性(macular degeneration),這在歐洲和美國是導致老年人失明的主要原因。除了跟眼睛健康有關以外,維生素A對免疫系統也非常重要,另外也跟一些賀爾蒙的合成有關。

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β-類胡蘿蔔素。圖片來源:wiki

過去,為了改善非洲居民飲食中缺乏類胡蘿蔔素的狀況,Ingo Potrykus與Peter Beyer兩位博士,在1992年開始了一個為期八年的奮鬥:將整個合成類胡蘿蔔素的途徑(共計四個基因),以轉殖的方法送入稻米中。

雖然他們最後成功的製造了「黃金米」(golden rice),但是黃金米卻不受社會大眾青睞。綠色和平組織首先公開反對黃金米的栽種與食用,而民眾受到廣大輿論的影響,也都認為黃金米對人體無益有害,甚至在去年(2013)8月8日,當第二代的黃金米在菲律賓呂宋島試種時,也遭到當地民眾破壞

在2008年,Ingo Potrykus博士受訪時,曾經很洩氣地說,不知道他有生之年是否能看到黃金米被正式種植在田裡、端上餐桌,來改善非洲孩子的營養狀況。雖然黃金米因為轉殖的因素使它不被接受,但就改善非洲孩子的營養狀況這方面,最近普渡大學的研究團隊似乎有了好消息。

普渡大學的Torbert Rocheford博士以及他們的研究團隊,在玉米中發現了兩組基因,可在自然狀況(非轉殖)下提升玉米的維生素A含量,這個發現對於發展中國家對抗維生素A缺乏症以及老人視網膜黃斑變性可能會大有幫助。透過選擇適當的基因變異,讓營養差的白玉米轉為有高水平的前維生素A(provitamin A,人體可以轉化為維生素A)的橘色生物強化玉米。

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各種不同的玉米。圖片來源:wiki

雖然早已經有能夠表現類胡蘿蔔素的玉米品種,但因為它是黃色的,而在非洲當地,黃色玉米是給動物吃的。因此,非洲居民對於黃色玉米接受度很低。

所以,雖然先前研究團隊已經發現了兩個跟類胡蘿蔔素合成相關的基因(lcyE 與 crtRB1),但是研究團隊並不覺得可以就此打住。這次,他們找了200個品系的玉米,運用統計分析及預測模型,終於又發現了兩個跟類胡蘿蔔素合成相關的基因組:zep1 與 lut1。而在這兩個基因組中,研究團隊找到了兩個相關的基因:dxs2 與 lut5

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普渡大學的Rocheford博士,與他的橘色玉米。 圖片來源:Purdue
普渡大學的Rocheford博士,與他的橘色玉米。
圖片來源:Purdue

研究團隊說,用視覺來選擇顏色偏深橘色的玉米,對照上玉米基因體的資訊,再以統計分析的方法來預測,不僅幫助他們培育出富含類胡蘿蔔素的深橘色玉米,也讓研究團隊找到更多在玉米中與合成類胡蘿蔔素相關的基因們。

目前已有許多不同的橘色玉米品種在贊比亞、辛巴威、奈及利亞和加納生長。預計在2016年,會有可以開放授粉的品種在美國種植。

雖然Potrykus博士或許無法在有生之年看到他的黃金米被種植在田間,但是普渡大學的新種玉米已經在非洲生長,而除了新種的玉米之外,台灣的農試所歷經9年時間,以誘變育種的方式由台農67號,選種培育出含有五種類胡蘿蔔素的台農76號黃金米,雖然它的類胡蘿蔔素含量尚未確認,但是這新種的稻米,應該也是改善非洲居民營養狀況的好方法之一吧!

台農76號黃金米。圖片來源:西螺鎮農會
台農76號黃金米。圖片來源:西螺鎮農會

參考文獻:Natural gene selection can produce orange corn rich in provitamin A for Africa, U.S. Purdue University.

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作者:葉綠舒 慈濟大學生命科學系助理教授,科教中心特約寫手,從事科普文章寫作。

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