豇豆的基因密碼

撰文|葉綠舒

豇豆(Vigna unguiculata [L.] Walp.)古稱䜶䝄,俗稱長豆、菜豆、豆角,是豆科豇豆屬一年生草本。豆莢的長度大約是三十到五十公分,也有長達九十公分的長豇豆。在英語中豇豆被俗稱為「牛豆」(cowpea),而長豇豆則俗稱為「蛇豆」(snake bean)。長豇豆可能是因為形狀類似蛇所以被稱為「蛇豆」,但究竟為何豇豆會被稱為「牛豆」則已不可考。「䜶䝄」的古名則是因為豇豆開花後,每朵花一定長出兩個豆莢,所以得到這個稱呼。

豇豆原生於西非的蓋亞那,至少在公元前2000年便已馴化並東傳至印度、東南亞、可能也包括中國。研究發現,豇豆的生物多樣性中心主要在東南非,印度應該是它的次生起源中心。台灣的豇豆應該是在明清時期由先民傳入,目前的生產中心集中在屏東、高雄、彰化與雲林等地。

豇豆成熟乾豆可直接煮食或磨碎(粉)做成料理,嫩莢與嫩葉可以做為蔬菜,在熱帶、亞熱帶非洲與巴西都是相當重要的豆類作物。在非洲,由黑眼豆(豇豆的一種)、米、洋蔥、培根(或豬背、豬腳、鄉村臘腸)一起烹調而成的hoppin' John是新年的重要菜色,豇豆粉也可以作為嬰幼兒斷奶時的補充食物。

由於豇豆耐旱、耐熱、對土壤的要求也不高,在全球暖化、旱澇相繼的此刻,這樣的作物對我們的重要性不言而喻;為了更瞭解它的特性,美國加州大學河濱分校的研究團隊在2019年完成了它的基因體定序。

豇豆的基因體為519Mb,共有22條染色體,GC比為32.99%,與其他豆科植物相類。電腦分析顯示豇豆可能有29,773個基因,約有12,514個基因可能存在有選擇性剪接(alternative splicing)的現象。大約有一半(49.5%)的基因體是由重複的序列組成,尤其在染色體中節的附近有更多的重複序列。這些重複序列中最大宗的為轉座因子(transposable elements,TE),而佔比例最高的是反轉座因子其中的Gypsy家族。與其他豇豆屬植物比較發現,本屬中基因體大小的差異主要便是來自於這個家族的反轉座因子。這次的定序完成後,研究團隊根據豇豆與菜豆(敏豆,Phaseolus vulgaris)基因體的相似處,將豇豆的染色體進行了重新編號。

在進行基因體定序時,研究團隊發現三號染色體上面存在著一段4.2Mb的倒轉序列。進一步分析野生種豇豆發現,這段倒轉序列只存在於少數的栽培種豇豆基因體中。由於這段染色體中包含了與寄生植物獨腳金(Striga gesnerioides)互動的基因,究竟這個現象對於豇豆對獨腳金的抗性有無影響,則有待未來進一步的研究釐清。

 

參考文獻:

  1. D'Andrea; et al. (2007). Early domesticated cowpea (Vigna unguiculata) from Central Ghana. Antiquity. 81 (313): 686–698. doi:10.1017/S0003598X00095661.
  2. Perrino, P.; Laghetti, G.; Spagnoletti Zeuli, P. L.; Monti, L. M. (1993). Diversification of cowpea in the Mediterranean and other centres of cultivation. Genetic resources and crop evolution. 40: 121–132. doi:10.1007/bf00051116.
  3. Stefano Lonardi et. al. The genome of cowpea ( Vigna unguiculata [L.] Walp.). The Plant Journal, 2019; 98 (5): 767 DOI: 10.1111/tpj.14349

 

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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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