技術前瞻

    沙烏地阿拉伯阿布都拉國王科技大學（King Abdullah University）研究團隊利用k-mer基因體分析技術，大規模挖掘作物與野生植物中的隱藏遺傳變異，為提升作物抗病、耐旱及耐熱能力提供重要資源。
 

k-mer技術如何辨識作物遺傳差異

    面對氣候變遷所帶來的高溫、乾旱與病害壓力，如何提升作物逆境韌性已成為全球農業的重要課題。許多有助於作物適應逆境的關鍵基因，可能早已存在於古老地方品種、野生近緣種或種原保存庫中，但由於基因體差異龐大且複雜，過去不易被有效辨識。近年來，研究人員開始利用「k-mer」基因體分析技術，透過解析大量短DNA序列片段，快速比對不同植物間的遺傳差異，為作物育種提供新的研究方向。

k-mer基因體分析特性

    所謂k-mer，是由數十個DNA鹼基組成的短序列，可視為基因體中的「分子條碼」。與傳統依賴單一參考基因體的分析方式不同，k-mer技術可同時比較數千份樣本中的DNA片段分布，大幅提升基因變異搜尋效率。沙烏地阿拉伯阿布都拉國王科技大學（King Abdullah University）研究團隊指出，此方法有助於全面掌握玉米、水稻與小麥等重要糧食作物的遺傳多樣性，並找回在長期馴化與育種過程中逐漸流失的重要基因。

野生山羊草的k-mer資料庫建置

    研究團隊以普通小麥的野生種「陶氏山羊草（Aegilops tauschii）」為例，建立大規模k-mer基因體資料庫。研究人員蒐集來自土耳其至中國等不同地區的山羊草樣本，定序後將基因體拆解成數百萬個k-mer片段，再與現代小麥品種進行比較。結果顯示，現代小麥在長期人工馴化過程中已喪失大量遺傳多樣性，而這些缺失基因可能正是未來作物改良的重要資源。

野生基因在小麥抗病研究中的角色

    作為驗證，研究團隊進一步鎖定一個與真菌病害抗性相關的基因，證實野生山羊草中的特定基因可提升小麥對真菌感染的抵抗能力，顯示野生種對提升作物抗病性具有高度潛力。此外，研究人員也利用k-mer技術重新解析小麥馴化歷程，發現小麥穗粒不易脫落的特性，並非源自單一突變，而是多種早已存在於野生族群中的基因變異，後續再由早期農民逐步選拔累積而成。

k-mer技術如何活化種原庫資源

    整體而言，k-mer基因體技術不僅提升大規模基因變異分析效率，也使全球種原庫由被動保存轉變為可主動利用的重要研究資源。未來若能進一步整合基因體分析與育種技術，將有助於加速耐逆境作物品種的開發，並提升全球糧食生產的穩定性與永續性。本研究已發表於《Nature Genetics》期刊。


資料來源：農業科技-新脈動
https://agritech-foresight.atri.org.tw/article/contents/6294?Category=trend