跳到主要內容

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。

β-類胡蘿蔔素。圖片來源:wiki
除了造成兒童失明以外,飲食中的類胡蘿蔔素不足也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。

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。

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(lcyEcrtRB1),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:zep1lut1。而在這兩個基因組中,研究團隊找到了兩個相關的基因:dxs2lut5

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
(臺大科教中心擁有此文版權,其他單位需經授權始可轉載)

參考文獻:

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

留言

這個網誌中的熱門文章

關於蕃薯,你知道你吃的是什麼品種嗎?

蕃薯( Ipomoea batatas )從臺灣人的主食、轉變為副食、又轉變為飼料,最後在養生的風潮下,再度躍上餐桌,成為美食,可有人關心過,我們吃的蕃薯是什麼品種嗎? 圖片來源: 農委會 上面這張照片裡的蕃薯,中間的TN57與TN66,就是台農57號與台農66號,是臺灣最受歡迎的兩種蕃薯喔! 台農57號在1955年由嘉義農試分所將日治時代培育出的台農27號與南瑞苕種(Nancy hall)雜交育成。它黃皮黃肉,目前還是全臺灣產量最大的蕃薯。口感鬆軟,適合烤、煮食或製作薯條。主要產地在雲林、台南、高雄。適合在四~十月間種植。台農57號還曾經隨著農技團飄洋過海到史瓦濟蘭去,協助他們解決糧食問題呢! 至於台農66號呢,就是所謂的紅心蕃薯啦!台農66號是1975年也是由嘉義農試分所選出,1982年正式命名。它是目前栽植最普遍的食用紅肉番薯。在臺灣,幾乎全年皆可栽種,秋冬作五個月可收穫,春夏作四個月就可以收穫囉! 最右邊的台農73號,就是現在所謂的「芋仔蕃薯」啦!它是在1990年以台農62號(♂)x清水紫心(♀)雜交後,在2002年選拔出優良子代CYY90-C17,並於2007年正式命名。由於肉色為深紫色,所以得到「芋仔蕃薯」的暱稱。本品種富含cyanidin 及peonidin 等花青素,具抗氧化功用。 至於常吃的蕃薯葉,則是以桃園2號與台農71號為主,這兩種葉菜蕃薯都不用撕皮就可以直接煮來吃,而且莖葉不易倒伏,方便農民採收喔! 如果您愛吃的是蕃薯的加工食品,如蕃薯餅、蜜蕃薯、蕃薯酥,其實他們大多也是用台農57號與66號來加工的喔! 參考文獻: 蔡承豪、楊韻平。2004。臺灣蕃薯文化誌。貓頭鷹出版。 行政院農委會。 甘藷主題館 。

在太空站種蔬菜好像不太安全?

  羅曼生菜,萵苣的一種。圖片來源: 維基百科 美國致力於在太空站種蔬菜已經不是新聞了,之前他們還確認了太空站種出來的蔬菜與地表種出來的一樣營養。 這當然是好事,可是,最近的研究卻發現,在太空站種蔬菜,要非常小心! 發生了什麼事呢?原來,科學家發現,微重力狀況會讓萵苣(lettuce)的氣孔(stomata)更傾向於張開,而這使得萵苣更容易被病菌感染。 研究團隊如何製造微重力狀態呢?他們使用了一種稱為2-D旋轉儀(clinostat)的設備來模擬微重力環境。透過以每分鐘2圈(2 RPM)和每分鐘4圈(4 RPM)的速度旋轉萵苣,可以創造出類似於太空中微重力的條件。 為什麼這樣轉可以模擬微重力環境呢?原來,這種旋轉可以避免植物細胞內的平衡石(statoliths,一種參與重力感應的胞器,含有密度特別高的澱粉顆粒)停留在固定一處,從而模擬了缺乏重力的狀態。 接著,他們觀察植物在微重力狀況下的狀況。他們發現,在沒有病菌的狀況下,每分鐘2圈的速度會讓植物的氣孔開口變小,但每分鐘4圈的速度對氣孔的開閉沒有多大影響。 可是,如果同時有病菌存在時,不論是每分鐘2圈還是4圈,萵苣的氣孔都沒有辦法關得像有重力狀況一樣小。這會造成什麼影響呢? 研究團隊透過使用共聚焦顯微鏡對葉片組織進行堆疊影像分析,來觀察並量化模擬微重力條件下沙門氏菌的入侵深度。他們發現,在每分鐘4轉(4 RPM)條件下,與未旋轉的對照組相比,沙門氏菌的入侵更深,並且在植物內的菌群密度也更高。這意味著模擬微重力條件下的旋轉,不僅促進了沙門氏菌通過氣孔來入侵,也有利於這些病原體在植物組織內的生長和擴散。 這顯然是個壞消息,但是研究團隊並不氣餒,他們想知道,如果提供植物益菌,能不能讓植物提升防禦力呢? 於是他們加入了枯草桿菌(Bacillus subtilis)UD1022。UD1022是一種植物生長促進根圈細菌(PGPR),過去已知,它透過多種機制對植物有益,能促進生長、增強抗逆性、以及作為生物防治劑對抗病原體。研究團隊的觀察發現,UD1022也能夠限制氣孔張開的幅度,從而限制了沙門氏菌等病原體通過氣孔進入植物內部。 然而,研究團隊發現,在模擬微重力條件下,UD1022對氣孔開口的限制作用受到了強烈的抑制。在每分鐘4轉(4 RPM)的條件下,與未旋轉的對照組相比,UD1022處理的植物其氣孔開口寬度

發光矮牽牛(petunia)即將於美國上市

  圖片來源: Nature 在1986年,第一株發光植物--發光的煙草( Nicotiana tabacum )問世了。那時候,就聽到有人說,或許有一天,我們可以讓路樹發光,那樣就不需要路燈,可以省下許多電費。 聽起來很棒,不是嗎? 今天的新聞提到,由 Light Bio公司 製造的「螢火蟲矮牽牛」(Firefly Petunia)即將在美國上市。事實上,美國本土48州已經可以預購了。 從發光煙草到螢火蟲矮牽牛,這條路走了將近40年。 對Light Bio的CEO與共同創辦人Keith Wood來說,這尤其意義非凡,因為他就是當初做出發光煙草的人。 但是,螢火蟲矮牽牛與發光煙草,完全是兩回事。 當初的發光煙草,是植入普通東方螢火蟲( Photinus pyralis )的冷光素酶(luciferase)。螢光素酶需要接觸到它的受質「冷光素」(luciferin),將冷光素氧化後才會發出冷光。所以,這樣的發光機制意味著,你要提供它冷光素,才會看到光。如果真想要把它拿來當作路燈,是非常不實用的。 不過,冷光素酶在生物科技上的應用非常廣泛。它被拿來當作所謂的「報告基因」(reporter gene)使用。科學家只要把相關基因的啟動子(promoter)後面接上冷光素酶的基因,就可以定量該啟動子在特定狀況下的表現量。 但是,對於想要看植物在黑暗中自己熠熠發光的人們來說,冷光素酶顯然不是選擇。 後來有從維多利亞多管發光水母( Aequorea victoria )中分離出來的綠色螢光蛋白(GFP,green fluorescent protein)。綠色螢光蛋白不需要受質,但是它需要光的刺激:395 nm和475 nm分別是最大和次大的激發波長。所以,要它發光,要額外提供給它395 nm的光波。這也是為什麼,之前曾經引起一波熱潮的螢光魚,需要購買特殊的燈管。 自然界會發出冷光或螢光的,也並不只限於螢火蟲與水母。還有一大群蕈類,也會發出螢光。即將上市的螢火蟲矮牽牛,其實是植入了小皮傘科(Marasmiaceae)的 Neonothopanus nambi 的整條螢光途徑。這個基因需要咖啡酸(caffeic acid)作為受質,不過植物本來就會合成咖啡酸,所以不是什麼大問題。 2023年9月,美國農業部核准了螢火蟲矮牽牛上市。為了要通過審查,Light