Plant genetic resources : What can they contribute toward increased crop productivity? 植物遺傳資源對作物增產所能做的貢獻

作者：David Hoisington, Mireille Khairallah, Timothy Reeves, Jean-Marcel Ribaut, Bent Skovmand, Suketoshi Taba, and Marilyn Warburton 出處：Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 96：5937-5943,1999 指導老師：王 裕 文 老師 報告學生：張 佳 惠         報告日期：89年10月12日   報告地點：農藝系館112室

前言

˙據資料指出全球可生產糧食之面積，自西元1960年 起已經固定不變了。 ˙土壤流失與都市化所喪失的土地面積，抵銷了新開 發的耕地面積。  全球出生率達每分鐘160人(尤其在開發中國家)。  Paul Ehrilch提出人口爆炸理論  糧食供給所面臨的問題： ˙預計在西元2050年，全球人口將由現今60億增至80 億。 ˙據資料指出全球可生產糧食之面積，自西元1960年 起已經固定不變了。 ˙土壤流失與都市化所喪失的土地面積，抵銷了新開 發的耕地面積。

到各自的內政議題上。 ˙ 已開發國家對開發中國家農業生產的注意焦點，漸轉移 ˙ 預測西元2020年開發中國家所消耗重要糧食之產量比例： 96% 67% 60%

˙ 以穀物作物為主軸的傳統農業仍將是我們主要的 憑藉。 ˙ 開發中國家提高自身的糧食產量，才是確保糧食 供應的根本之道。  應對策略 ˙ 以穀物作物為主軸的傳統農業仍將是我們主要的 憑藉。 ˙ 開發中國家提高自身的糧食產量，才是確保糧食 供應的根本之道。 * 小麥和玉米將提供開發中國家約80％的進口穀物需求 量。預期各自全年全球需求量約有77.5億公噸。 本篇論文旨在討論遺傳資源的潛力，特別是針對 玉米和小麥這兩種主要的穀類作物。

大綱 ˙CGIAR在遺傳資源保存上的角色 ˙小麥遺傳資源的貢獻 * Dwarfing Genes 矮性基因 * 抗銹病 * Veery Wheats * 產量潛力 ˙遺傳資源的利用與改良玉米 ˙智慧財產權與遺傳資源利用的問題 ˙利用遺傳資源的分子方法 ˙遺傳資源：有什麼潛在的衝擊？

國際農業研究顧問團隊 (CGIAR,the Consultive Group of International Agricultural Research ) 在遺傳資源保存上的角色 ˙聯合國國際糧農組織(FAO)估計，全球代表性的種 源為數約在一百萬到兩百萬之間，CGIAR在其種源庫中收藏約佔有30~60%。

Table 1：國際農業研究顧問團隊遺傳資源保存概況

˙在國際農業顧問團隊(CGIAR)種原庫的材料，包括傳統品種和各地在來種、未馴化品種、育種品系及遺傳材料等。 ˙該團隊中的國際玉米和小麥改良中心(CIMMYT)主要的任務為進行全球各開發中國家玉米與小麥的生產與永續發展。

小麥遺傳資源的貢獻 ˙小麥的起源： 2n 野生雜草 4n 小麥 4n 小麥 2n goat grass 6n 小麥

˙小麥屬物種的種源，主要變異中心是在西南亞。 ˙收集的遺傳資源，對改良小麥的研究： * Chapman的研究指出最近幾年育成小麥品種的譜系資料，發現在所有雜交組合中，這些遺傳材料約佔10％。 * Smale的研究發現過去30年來，加入到小麥品種譜系中的在來種種源數目持續增加。

Dwarfing Genes 矮性基因 ˙ “ Norin 10 ”是來自日本的栽培品種，帶有基因Rht1和 Rht2，可以降低小麥植株高度(或稱矮化)。 ˙ Borlaug成功地將Rht1和Rht2基因導入而育成新品種，並順利的推廣，最後引導了綠色革命。 現已了解到這些基因可以提高養分的吸收及增加分蘗數，才是提高產量的主要原因。

Rust Resistance 抗銹病  小麥上的銹病主要有葉銹病、黃銹病與莖銹病。  防治方式以殺真菌劑為主。  解決抗藥性菌株產生與環境污染問題―抗病作物。

Table 2：小麥相關品種之重要基因

 新的銹病生理小種仍有戰勝抗病基因之虞。  理想的方式：選拔出較耐久的抗病基因。 Lr34 gene―使小麥在1980-1990能穩定的抗葉銹病。 Sr2 gene―在美國培育出“Hope”品種，穩定的抗莖銹病。

Veery Wheats ˙ 遺傳資源能提供單一的基因來改良作物，也能導入整段染色體片段來進行改良 。 ˙ 前蘇聯栽培品種”Kaukaz”所帶有的黑麥小麥間1B/1R轉座染色體。 * 對抗真菌性及病毒性病原菌 * 適應惡劣生育環境 ˙ 著名的Veery品系，佔有小麥栽培面積超過50%以上，相當於4千萬公頃。

產量潛力 ˙ 主要穀類作物的產量不斷的增加，但這增加的速率近年來已漸漸減緩了。 ˙ 雜交品種之利用，對於稻米和小麥而言可能具有強的生產潛力。 * 在小麥方面，經雜交合成的品種代表了一個新的遺傳變異來源。 ˙ 由於分子遺傳技術的應用，CIMMYT研究發現帶有Lr19基因的小麥比未帶此基因的小麥增產至少10%以上。

遺傳資源的利用與改良玉米 ＊ 遺傳資源應用於玉米改良，不似小麥具有全球性的資料與全面性。 ＊ 玉米遺傳資源使用率低的理由包括： ˙缺少評估的資料、紀錄建構與管理 ˙國家政策間缺少協調 ˙種原庫和育種家之間缺少聯繫

＊ 玉米雜交技術之突破： 美國開發出雙向與三向雜交品種，玉米產量在1966年時達到1930年的兩倍；1995年雜交親本的改良配合單交品系，育種家可以使產量達到1930年的三倍。

＊ 1970年南方玉米葉枯病大流行，顯現出玉米種源的遺傳脆弱性。 Bipolaris maydis race T 感染 當時玉米品種大多帶有T-cytoplasm 葉枯病大流行

＊ 利用外來的遺傳種源導入品系中，可能增加額外的雜種 優勢： ˙大芻草最受注目，因其被認為是玉米的祖先。 Doebly發現玉米與大芻草型態特徵差異的遺傳基礎，提供了進一步對大芻草特定基因與對偶基因之研究，以改良玉米。

˙ 瓜地馬拉草屬(Tripsacum)與玉米的親緣關係更遠， 但仍有作為改良玉米的潛力。 * 孤雌生殖 * 對一種寄生的雜草Striga spp.的侵襲幾乎具有免疫性

有關智慧財產權與遺傳資源利用的問題 西元1983年約定書明訂了自由和不受限制的種源交換， 並且認定所有的植物遺傳資源都是人類共同的財產。 智慧財產權(IPR)的範圍已擴大到包括發明創造和育種技術。 西元1983年約定書明訂了自由和不受限制的種源交換， 並且認定所有的植物遺傳資源都是人類共同的財產。 在西元1992年生物多樣性年會正式認定各國，對其領土範圍內的生物多樣性和資源具有最高的支配權力。

CGIAR各中心和FAO協議： 1. 各中心將基於國際社會尤其是開發中國家的利益， 而託管各自指定的遺傳種源。 1. 各中心將基於國際社會尤其是開發中國家的利益， 而託管各自指定的遺傳種源。 2. 不論是中心或是任何材料收受者，都不得尋求智慧財產權保護其託管的種質或相關資料。 3. 中心必須無保留地將材料與資料直接給使用者，供科學研究、作物育種以及遺傳資源保育方面的利用。 Hawtin 和 Reeves針對CGIAR中心在智慧財產權的歷史定位與現階段的立場，指出了幾個仍有待解決的問題。

利用遺傳資源的分子方法 ＊發展建立新的PCR基礎之分子標識系統，開啟了對廣大植物基因組的研究。 ＊建立物種的基因連鎖圖譜(linkage maps) ＊利用指紋分析技術(fingerprinting)，用來鑑定種原 材料間的遺傳關係。

分子遺傳技術所面臨的困難 ＊如何去保存、使用及分析經由使用分子標識因子所製造的龐大資料？ ˙資料庫如國際作物資料系統之建構，以保存在CGIAR中作物品系的譜系和表現的資料，使其能保存分子遺傳和多樣性的資訊。 ˙電腦硬體和軟體系統技術的提昇

遺傳資源:有什麼潛在的衝擊? ＊作物的遺傳多樣性之降低 ＊許多遺傳資源未受到保存與保護 自從19世紀中葉孟德爾發表遺傳學理論後，在來種和傳統品種皆被變異較少的新興栽培種和雜交種所取代。 ＊許多遺傳資源未受到保存與保護 只有當該遺傳資源被認定具有特定的價值時，才會受到保護、保存，因此透過對重要特性蒐集的研究，才能使這些資源獲得評估的機會。

＊ 將遺傳資源導入到作物品種中尚面臨許多挑戰 ˙ 材料外表型有很大的變異 ˙ 將優良性狀轉殖到作物具有相當的困難度 ˙ 導入一個性狀費時經年 ˙ 發生linkage drag現象使轉入的作物表現變差 隨著分子生物技術的發展，能夠克服直接導入基因到特定品系的重重困難。

結語

˙ 農藝作物將持續受到各類頑強的病蟲害感染，而作物生產環境也逐漸被迫使用較差的地理環境。因此篩選遺傳資源的重點，應放在增加生物性與非生物性逆境之抗性。 ˙ 在開發中國家提高些許的抗性可能就有明顯的產量提昇，對糧食供應的穩定性而言，是最保險、最快速直接的方法。 ˙ 世界各國必須要認清並承擔起責任，爭取時間致力於改良作物、提高產量，滿足人類及未來世代的糧食需求。

謝謝大家~敬請指教!!