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探索植物基因 改善糧食問題–米雪‧戴森博士

米的最大問題是難以抵抗細菌或病毒,根據稻米的特質進行基因改造,生產質量俱佳且有利環保的稻米,是研究人員努力不懈的目標。
 
 
 
戴森(Michel Delseny)博士與邢禹依研究員已是 20 年的老友,他們因從事種子相關研究而熟識。臺法科技獎評審肯定兩人 15 年來合作進行阿拉伯芥(Arabidopsis)與黃豆中的 LEA(late embryogenesis abundant)蛋白質研究的成果。

在針對稻米基因序列進行大規模研究的計畫中,最主要的科學突破是水稻基因組與功能基因組的研究,促成了法國的國家基因體序列中心(Centre National de Sequencage, GENOSCOPE)與中研院植物基因體中心兩個工作團隊獲得水稻第 5 與第 12 條染色體定序的研究成果,在執行國際水稻基因組定序計畫(International Rice Genome Sequencing Project, IRGSP)的幾個國家中,他們的表現格外亮眼。

對於這樣的成就,現任法國國家科學研究院院士的戴森博士說,他最初是想要研究農業工程的,只是因緣際會,讓他改變主意。1965 年,法國生物學家莫諾(Jacques Monod)和賈可布(Francis Jacob)合作提出了訊息 RNA 及操縱子的概念,闡明了 RNA 在遺傳過程中的訊息傳遞作用,和乳糖操縱組在蛋白質生成中的調節控制機制,因而與微生物學家羅夫(Andre Lwoff)共同獲得了 1965 年的諾貝爾醫學獎,轟動了整個法國。

頂著發現基因轉譯的機制而獲頒諾貝爾獎的光環,莫諾這位研究基因與分子生物學的先驅在法國大學裡巡迴演講,鼓舞了許多莘莘學子毅然決然地投身於這個領域的研究。戴森博士就是其中一位,當年因為好奇去聆聽莫諾演講,卻讓生命有了轉機,從此在基因領域的研究裡不倦不悔。

戴森博士先後畢業於巴黎大學與聖克盧(Saint Cloud)高等師範學院,取得自然科學高等教師資格後,從 1970 年起以年輕研究員的身分進入法國科學研究中心設於皮比鈕(Perpignan)大學的植物生理學實驗室,著手對控制整個生命過程的全能(totipotent)分子--核酸的代謝進行研究,並在 1977 年獲得國家博士學位。

他的論文是針對核醣體 RNA(rRNA)生物合成的剖析,他指出,儲存在種子中的 mRNA 生命周期長,但是功能尚未完全解密,因此投入這項研究隨之而來的一系列工作具有十足的原創性。戴森解釋,因為當時在這領域的研究還不知道如何使植物中的 mRNA 分離出來,人類開始運用從植物中分離 mRNA 的技術是在 1974 和 1975 年間。

他在接續下來有關植物基因的研究中指出,蛋白質於成熟末期在種子中累積,其角色或許可使細胞在幾乎完全缺水的環境中存活,面臨缺水壓力或熱壓力的情形時,這類蛋白質也會產生感應。戴森博士說,根據現有研究成果看來,蛋白質在植物中的作用也許是可以使植物抵抗乾旱,讓細胞存活。

戴森博士也曾參與在 1990 年開始進行的「阿拉伯芥多國基因體研究計畫」,致力於基因鑑定和整個基因體的定序。對動物及醫學研究者而言,果蠅和線蟲是經典研究體,對植物學家而言,十字花科的阿拉伯芥則是研究植物的模式材料,可以用來理解植物的遺傳、生理、發育及構造。阿拉伯芥是第1個整個基因體序列被完整定序的植物,因而衍生出許多針對其發育的控制、代謝、環境感應及對疾病抵抗的基因研究,也因此可給許多植物包括重要的經濟農作物,提供基因功能分析鑑定的線索。

戴森博士的團隊在這個研究中建立了一份近乎完整的對應基因目錄,另一個重要面向則是研究植物基因表現調節的訊息傳遞機制。戴森博士說,阿拉伯芥染色體約有 3 萬個製造蛋白質的基因,種子裡則有 60 多種 LEA 蛋白質,因此,研究阿拉伯芥的訊息傳遞機制,可防止荳莢在破裂時造成的種子損失問題。此外,阿拉伯芥的相關基因以遺傳工程的技術可以製造出耐低溫或耐乾旱的農作物。

這種針對種子進行基因改造的研究,在實際生活的運用上,就有在美國開發出可以抵禦乾旱的玉米,是為地球節省水資源的實例。那麼,戴森博士怎麼看法國部分人士反對基因改造作物的立論呢?他說,今天的世界無論反對與否,都無法阻止基因改造作物已經成為一種重要的技術。人類進行基因改造已有千年歷史,植物本身也會進行自身的基因改造以適應環境。

他舉例,利用基因改造技術使農作物能抵抗蟲害,就可以少用農藥;而放入抵抗乾旱或防冷的基因,就能增加產量,改良農作物的營養成分。例如,增加稻米的蛋白質含量,可改善窮人營養不良的問題,另外,除去食物中可導致過敏的部分,也可減少對身體的危害。反對者質疑這種做法的安全性,但是,能夠商業化的產品都已可控制,對人類或動物的健康無害。至於傳染的問題,也只是個案,只要做好防護措施,是可以避免的。

總之,基因改造作物的科學技術已經沒有問題,爭論的焦點其實是商業利益問題。戴森博士指出,歐美現今都已經沒有農民自己生產種子播種。對照近 50 年來中國和印度也是政府在對農作物進行研究,配出最完美的種子給農民播種,才有越來越好的產品供應全民。相反地,非洲沒有完美的種子,因此才有饑荒的問題。

至於為什麼會研究稻米?戴森博士說,80 年代他與在波爾多的同事從玉米無法抵抗水災,討論到為什麼一些植物具有少氧性質,因而萌生對水稻研究的好奇心。

90 年代他與蒙貝利耶海外熱帶植物研究中心合作研究米的改革,1999 年申請到美國洛克斐勒基金會的研究經費,他是在基金會每年的年會討論上更加認識臺灣在稻米方面的研究成果。其實他對臺灣已經不陌生,1991 年他與法國國家科學研究中心 5 位生物科學研究人員首度訪臺,此後,就以大豆的成熟蛋白為主題與邢禹依研究員展開合作,並藉由交換學生增進彼此的交流互動。

1997 年,他說服中研院資助「國際稻米基因定序計畫」研究,與邢禹依研究員討論出以水稻基因組定序為合作研究新主題,並於 1999 年開始執行研究,雙方共發表了 30 餘篇高水準的論文。戴森博士認為,米的最大問題是難以抵抗細菌或病毒,非洲糧荒常常就是因為病毒入侵稻米造成的。全世界的農業用地 70% 種植稻米、小麥和玉米,世界食米人口也非常多,根據稻米的特質進行基因改造,生產質量俱佳且有利環保的稻米,是研究人員努力不懈的目標。

戴森博士訪臺超過 15 次,不但參訪了臺灣各主要研究機構,在人才培訓上也促成了兩國年輕學者交換與互訪、研究生課程、博士後訓練,以及舉辦國際雙邊研討會促成雙邊交流合作的機會。近 3 年來,戴森博士也與清華大學建立了良好關係,每年定期赴臺進行教學工作。他喜歡臺灣,覺得臺灣有許多研究團隊具有國際水準且居於領導地位,也有許多中小型的研究單位可以進行整合。他也看到了臺灣具有研究蘭花的最佳環境和潛力,但需要較大的投資。

2008 年戴森博士應邢禹依研究員的邀請,在中研院國際研究生學程與臺大博士班合辦的短期學術講座中開設課程。此外,自 2008 年開始,他每年赴臺參訪 1 個月,除了在臺灣相關研究機構講學外,也在實驗室中更實際地參與邢禹依博士研究團隊的實驗工作。

【2007年臺法科技獎得主專訪】
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