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解讀綠豆的基因體密碼——2016國際豆類年

Gene Ng_96
・2016/09/17 ・1298字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 545 ・八年級
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綠豆(Vigna radiata,mungbean)圖/ Earth100, CC BY-SA 3.0

在炎夏,大家都愛喝清涼的綠豆湯消暑;綠豆粉加糖等做成綠豆糕也是受歡迎的甜點;綠豆提煉出的澱粉(直鏈澱粉),用來製作的綠豆粉絲(冬粉)、涼皮、涼粉等等,也都是常見食材。韓國及印度的科學家為綠豆定序了全基因體,有助瞭解豇豆屬豆類植物的演化。

綠豆(Vigna radiata,mungbean)是一種豆科、蝶形花亞科豇豆屬植物。綠豆原產印度、緬甸地區,可能是在 6千至 4千年前被馴化(acclimation)的。現在東亞各國普遍種植,非洲、歐洲、美國也少量種植,印度是最大種植國,而中國、緬甸等國是主要的綠豆出口國。

綠豆屬於喜熱,短日照作物;可以在春(4 月下旬至 5月上中旬)、夏(6 月中、下旬)播種。生長周期約為 70 至 110 天。因為綠豆耐蔭性,同時綠豆根部的根瘤菌具有固氮作用,因此綠豆在實際種植過程中常常可以和其他作物套種,如玉米、穀物、芝麻等。 綠豆種子和莖被廣泛食用。乾綠豆呈綠黃色或暗綠色,堅硬有光澤,含有類黃酮、單寧、皂素、生物鹼、植物甾醇、香豆素、強心苷等物質。

綠豆種子加水萌發成的豆芽是東亞、南亞烹調中常見的蔬菜。綠豆芽含有豐富的維生素 C,與綠豆相比,綠豆芽中的蛋白質分解成了人體更易吸收的胺基酸。

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綠豆泡水之後發芽成的豆芽菜。圖/LoveToTakePhotos @ pixabay

韓國首爾國立大學及印度國際半乾旱熱帶作物研究所等人完成了栽培綠豆V. radiata var. radiata VC1973A)以及野生綠豆V. radiatavar. sublobata)的全基因體序列,他們比較了兩者基因體以瞭解綠豆的馴化。此研究結果發表在 2014 年的《自然通訊》(Nature Communications)。

豇豆屬還有其他重要的作物,例如曲毛豇豆(V. reflexo-pilosa var. glabra,créole bean)、吉豆(V. mungo,black gram)、赤小豆(V. umbellata, rice bean)、烏頭葉豇豆(V. aconitifolia,moth bean)和紅豆( V. angularis, adzuki bean),這些豇豆的基因體大小不等,從 416 Mb 至 1,394 Mb都有。

為了瞭解它們的種化和演化關係,他們還利用了 22 種豇豆的轉綠體資訊及大豆的基因重建了豇豆的親緣演化樹。他們也同時定序了分佈於台灣、日本等地的豆科豇豆屬的捲毛豇豆四倍體 (Vigna reflexo-pilosa var. glabra),捲毛豇豆是綠豆的近親,他們發現四倍體是演化上近期產生的多倍體事件。 由於綠豆的種植大多是在發展中國家,因此遺傳學研究較為落後,他們希望能藉此基因體序列,協助農藝學家進行綠豆品種的改良。

參考資料:

  • 原學術論文-Kang YJ, et al. Genome sequence of mungbean and insights into evolution within Vigna species. Nat Commun. 2014 Nov 11;5:5443. doi: 10.1038/ncomms6443.
  • 綠豆-維基百科

編按:「紅豆!大紅豆!(芋頭!)ㄘㄨㄚˋㄘㄨㄚˋㄘㄨㄚˋ,你要加什麼料?」各種豆類不只是吃銼冰的好配料,它們默默成為我們生活中無比重要的一部分。 2016 年是國際豆類年,臺灣大學科學教育發展中心(CASE)針對各種常見豆類的基因體密碼作介紹,讓我們能更了解其中的「豆」知識。

本文原出自臺灣大學科學教育發展中心其他單位需經同意始可轉載。


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Gene Ng_96
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來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋


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我們的失眠和喜鵲的失眠有什麼地方不一樣?

胡中行_96
・2022/05/12 ・2031字 ・閱讀時間約 4 分鐘

輾轉反側,徹夜難眠的時候,您幾點起床?就算醒了,工作效率是否異常低落?
在此,請您非但別只想到自己,還要拿出一點同理心:因為被剝奪睡眠的澳洲喜鵲,也深受困擾。

徹夜難眠很可能會影響工作效率。圖/Pixabay

捉野生喜鵲來做失眠相關的實驗

2022 年 4 月的《科學報告》期刊,有一篇標題冗長的論文,叫做〈失眠削弱澳洲喜鵲的認知表現並改變其歌曲產出〉[1]。其第一作者澳洲 La Trobe 大學博士候選人 Robin Johnsson,認為歌唱的時辰與類型,對於喜鵲的社交生活相當重要,並以此做為研究主題[2]。且不論在 COVID-19 疫情之前,有些人就已經沒什麼社交生活,更不要談呼朋引伴一起歡唱 KTV,人家喜鵲可是隨時都過得多采多姿。

喜鵲齊聲合唱。影/Youtube

於是,牠們就被科學家抓去做實驗了。

首先,研究團隊架設陷阱,用起士誘捕野生喜鵲。為牠們戴上標有序號的腳環之後,再關進裝有監視器的房間裡。接著,為了測量腦電波圖(electroencephalogram, EEG)與肌肉電位圖(electromyogram, EMG),科學家把無辜的喜鵲抓來開刀。於其腦部表面和頸部肌肉,植入電極貼片(electrodes),方便之後記錄睡眠狀態[1]

然後,喜鵲們就去接受特訓。

反覆訓練後篩選符合資格的喜鵲來做失眠實驗

研究團隊準備了一種木製食器,左右各挖一個淺槽。其中一個槽裡,盛裝少量起士和麵包蟲。第一次食物直接攤在眼前,不加以掩飾;第二次猶抱琵琶半遮面;第三次開始蓋子完全擋住凹槽,令喜鵲啥也看不見。在訓練的初期,全部的食器都採用灰色蓋子。直到最後的「聯想學習」(associative learning),蓋子被換成黑色或白色。喜鵲掀開特定顏色的蓋子,發現下面藏有食物。這樣重複 15 次,讓牠們不把「食」、「色」的關係兜在一起也難[1]

認知測試的教具,澳洲喜鵲執行聯想或逆向學習任務。圖/參考資料 1

結訓後,研究團隊把食器裡的獎勵換成「不會動的麵包蟲冷盤」(chilled, unmoving mealworms),為喜鵲舉辦驗收成果的模擬考。除了執行「聯想學習」的覓食活動,科學家也期望牠們展現「反轉學習」(reversal learning)的能力。將蓋子的顏色調換,要喜鵲嘗試選出有食物的凹槽。這個階段有一些評分要點[1],例如:

  1. 喜鵲做出第一次選擇時,是否有延遲的行為。緩慢的反應,代表注意力不集中,或動機下降。
  2. 喜鵲得經過幾回,才能達到連續 12 次嘗試中,有 10 次正確的及格分數。
  3. 喜鵲選擇正確瓶蓋的比率。

凡是順利通過模擬考的喜鵲們,便能晉升至下一關。

在實驗的主要階段,喜鵲們被劃為三組,分別體驗下列三種睡眠模式之一:無干擾睡眠、6 小時睡眠剝奪,以及 12 小時睡眠剝奪。研究人員防止喜鵲睡著的花招,包括:迫近或拍打鳥舍、發出噪音,或是輕撫充滿睡意的喜鵲[1]。如同可憐的臺灣中學生,明明前晚都沒睡飽,隔天還得參加考試。研究人員存心要看失眠的喜鵲,怎麼失常。

人類跟喜鵲一樣會被睡眠影響行為

正式測驗的結果不出所料,沒睡飽的喜鵲容易犯錯,而且要花較長的時間,才能選出正確答案。有些喜鵲甚至失去參與測驗的動機,傾向找機會補眠。其實以前的研究便顯示,失眠也會降低人類的認知表現。諸如參與動機、清醒程度(alertness)、注意力、警戒等級(vigilance)等,都會受到負面影響[1]

除了喜鵲考試的成績,科學家也記錄了牠們社交行為的變化。失眠的喜鵲寧可睡覺,也不要唱歌。最後就算唱了,單曲的長度卻意外地延展。原本的晨曲改在中午演出,頻寬變得狹窄,內容相較貧乏,顫音也明顯減少。這與人類的口語溝通,大同小異。當一個人睡眠不足,說話的速度會緩慢下來,咬字不如平常清晰,語句重覆的機率提高,甚至可能妨礙聽眾理解講者所要傳達的訊息[1]

澳洲喜鵲有複雜的家族。牠們用歌聲來劃定疆域,分辨敵友,並建立「鳥」際關係。失眠不僅會害喜鵲把歌唱得七零八落,也會進一步危及其社交生活。既然以往的人類睡眠實驗結果,與喜鵲有那麼多的相似處,下次在抱怨疫情害自己沒朋友之前,我們是不是應該先睡飽,再來思考怎麼社交呢?

睡飽再來社交比較不會被睏意影響思考。圖/Pexels

備註:此實驗結束後,參與受試的澳洲喜鵲,均在 2019 年 7 月被野放。

參考資料:

  1. Sleep loss impairs cognitive performance and alters song output in Australian magpies (Scientific Reports, 2022)
  2. Researchers find what magpies lose from hitting snooze (Brisbane Times, 2022)


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胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。臉書:荒誕遊牧。