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為何咖啡要合成咖啡因?讓咖啡的基因體告訴你

葉綠舒
・2014/10/04 ・1156字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 495 ・六年級

我們每天喝掉22.5億杯咖啡,算起來大約3-4個人一天喝掉一杯;這麼多人喝咖啡,種植咖啡的面積自然不會太小。全球種植咖啡的面積有1100萬公畝。

最近,咖啡的基因體已經定序完成了。雖然用來定序的不是阿拉比卡咖啡(Coffea arabica,有44條染色體),而是Coffea canephoraC. canephora,22條染色體,又稱為C. robusta,約佔世界咖啡總產量的30%);不過阿拉比卡咖啡是C. canephoraC. eugenioides的雜交種。

C. canephora的花。圖片來源:wiki
C. canephora的花。圖片來源:wiki

C. canephora咖啡的基因體由22條染色體構成,總大小是710 Mb(Megabase)。710 Mb有多大呢?想像整個咖啡的基因體印出來在我們面前,我們以一秒一字的速度來念,要念22年又6個多月才念得完。分析的結果咖啡總共有25,574個產生蛋白質的基因,92個產生microRNA的基因。另外,整個基因體大約有一半是轉位子(transposable element)。

咖啡的基因體中,較特別的部分是,與抗病相關的基因(R基因)在演化上出現了串聯重複(tandem duplication)的現象;而合成酚醛類次級化合物(phenylpropanoids)的基因也變多了。這些基因包括合成類黃酮(isoflavone and flavnoids)的酵素、合成生物鹼(alkaloids)的酵素、合成單萜(monoterpene)的酵素、以及合成咖啡因(caffeine)的酵素等。

有沒有想過咖啡為何要合成咖啡因呢?其實咖啡合成咖啡因,主要是為了抗蟲(在葉片)以及抑制其他植物的種子發芽。居住在衣索比亞的人類,無意中發現了它有提神的效果,便開始採取它的果實。

C. canephora的果實,完全成熟的果實是鮮紅色的。 圖片來源:wiki
C. canephora的果實,完全成熟的果實是鮮紅色的。圖片來源:wiki

生產咖啡因,對於咖啡的生存競爭能力顯然很重要。在基因體中,研究團隊看到有一個由23個基因構成的群集;與其他兩種會生產咖啡因的植物(茶 Camellia sinensis、可可 cacaoTheobroma cacao)有明顯的不同。

雖然許多植物在演化過程中,都出現了產生多倍體的現象(如小麥、玉米、甘藍菜、蕃茄等),但是咖啡並沒有出現多倍體,而只是選擇性的以串聯重複的方式,將部分的基因擴張,來提昇自己的競爭力。

筆者每每看到這些證據都會想:我們把植物用來趕蟲的「毒素」當作寶來吸(如香菸)、喝(如咖啡、茶),植物有知,一定會啞然失笑。當然,一個物質是藥或是毒,往往只是劑量的差別,最近也常常看到研究報告提到一天一杯咖啡是比較適當的?酗咖啡如筆者,近年來為了心臟跟神經的健康,也早已控制在一天一杯(之前最嚴重的時候是一天四杯),任何事物都是盡量控制在「中道」,比較適當,不是嗎?

參考文獻:

  1. Victor A. Albert, Patrick Wincker, Philippe Lashermes,et. al., 2014. The coffee genome provides insight into the convergent evolution of caffeine biosynthesis. Science. 345(6201); 1181-1184(因作者繁多,僅列出通信作者)

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葉綠舒
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做人一定要讀書(主動學習),將來才會有出息。


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1924 年的臺灣:原生植物發掘的黃金年代——《採集人的野帳 第一集》

蓋亞文化_96
・2022/01/21 ・1609字 ・閱讀時間約 3 分鐘
  • 作者/英張

編按:科學普及不只有科普文章,透過不同媒材展現科學的不同面向,也是科學普及的重要工作。《採集人的野帳》在資料考察的支持下,以漫畫的形式揭露日治時期植物學的研究歷程,除了讓科學賦予人文意涵,也讓讀者理解知識背後的成因,知其然亦知其所以然。

前情提要:

藥草繁花經採集鑑定,終成標本;採集當下的紀錄,即為「野帳」。

1924年,現時的台北植物園內,臺灣最古老也典藏最豐富的植物標本館——腊葉館落成。那是臺灣原生植物調查大躍進的黃金年代,滋養了採集人的堅毅之心,傳承至今⋯⋯

大正臺灣,研究交流熱絡、知名學者輩出。某日,大稻埕藥草堂迎來貴客,捎來《綱要臺灣民間藥用植物誌》的發行喜訊。但藥草堂的莽撞少主卻惹出大禍,意外進入腊葉館工作「還債」。

從採集、鑑定到研究、紀錄,一株植物標本的製程,滿載採集人、研究者的熱忱與夢想⋯⋯

——本文摘自《採集人的野帳 第一集》/ 英張,2021 年 1 月,蓋亞

蓋亞文化_96
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蓋亞文化,記憶與想像的國度。成立於2001年,致力於挖掘、出版台灣與香港、中國的華文原創作品,同時也譯介歐美日韓書籍。 2009年起,新增圖文漫畫品牌(原動力出版),透過圖像說故事,累積原創漫畫能量。 不論是文字作品或圖文漫畫,我們期許透過精準選書與合宜的編輯行銷,提供讀者多元題材的閱讀樂趣, 在作者與讀者,個人與社會,這個世界與其他世界之間,扮演文化傳遞者的角色。