水稻(Oryza sativa L.)是世界主要的糧食作物之一,依據聯合國糧食組織
()的統計,2013 年全球水稻栽培面積為 1.6 億公頃,次於小麥(2.1 億公頃)
和玉米(1.8 億公頃),是世界第三大栽培面積的作物;而其年產量 7.4 億噸,僅 次於 10.1 億噸的玉米,為世界第二大產量的作物。亞洲是水稻最主要的生產地,
全球超過 90%的水稻於此區生產,世界前五大的水稻生產國亦皆位於亞洲,分別 為中國、印度、印尼、孟加拉和越南。
我國的稻米種植記錄在新石器時代大坌坑文化考古物中即有大量碳化水稻 的出土,這些水稻的米粒粒型較野生稻粒型更偏向秈稻粒型,顯示最遲在距今約 莫五千年前,已經有將野生稻馴化為栽培稻的紀錄,而隨著考古年代漸近,出土 的碳化稻粒型更增加爪哇稻之熱帶稉型稻的遺跡(王,2007)。水稻在臺灣的大 面積種植與推廣始於明朝末年,漢人及荷蘭人在臺灣活動引進秈稻,並因糧食自 給之政策而大面積墾地種植,而後日據時期日本人將優良稉稻品種引入臺灣並成 功馴化栽種,經過有系統的雜交育種與推廣,使我國人民食用米的習慣由秈稻改 變為稉稻。臺灣光復後各農業試驗場致力於水稻的育種改良與推廣,新品種不斷 推陳出新,截至目前為止已育成 302 個秈、稉稻品種,其中 197 個品種尚保存稻 種可供利用(呂與呂,2010)。
光復後為保持國內農作物優良品種遺傳特性與避免品種間之混雜造成生產 品質下降,確保國內糧食作物優良種子之供應,我國於 1959 年建立良種繁殖檢 查制度,列入檢查的作物有水稻、玉米、高粱、落花生等。自良種繁殖制度實施 以來,成效最顯著的即為水稻,各育種機關選育出具有推廣價值的新品種後,經 向農委會申請登記並命名後始得推廣繁殖;具有推廣價值之新品種,由育成機關 供應基本種(種原)與繁殖原原種,並按原原種、原種及採種三級繁殖檢查制度 生產優良種子,以供應農民種植。自三級繁殖檢查制度實施以來,已對我國糧食 作物優良種子之供應,產生極大的助益(林,2011)。
水稻良種繁殖之種子檢查規範主要依據「臺灣地區農作物種苗檢查須知」與
國際種子檢查協會印行之「國際種子檢查規則」,辦理田間、室內及貯藏檢查,
內容涵蓋水分測定、潔淨度分析、發芽試驗、種與品種的鑑別等。在品種鑑別部 分,由於臺灣水稻育種常使用育成之優良品種做為雜交親本,導致品種間歧異度 小,外觀形態相近,不易由外觀區別。使用分子標誌輔助品種鑑別,可有效避免 人為誤判,提高品種鑑別可信度。此外,我國糧食管理法及其子法明文規定「包
裝或容器標示稻米品種者,其內容物含標示之品種含量,應達百分之八十以上」,
相關市場銷售糧食米抽查及檢驗辦法也於 103 年 12 月 18 日開始施行。專業檢查 人員雖可由水稻植株或稻穀外觀形態鑑別品種,但脫殼糙米或是精白米粒提供的 外觀形態資訊過少,已無法由外觀判別品種。分子標誌不受樣品外表形態的限制,
並提供相對於外觀鑑別準確且客觀的數據,是市售米品種鑑別不可或缺的工具。
作物育種研究室目前已開發三版水稻 SSR 品種鑑別套件,第一版套件包含 分散於水稻的 10 對染色體上的 12 個簡單重覆序列(Simple Sequence Repeats, SSR)標誌,其 SSR 為 3 或 4 個鹼基對重覆 11 至 20 次之完美重覆(perfect repeats), 於 192 個水稻品種中多型性資訊含量值(Polymorphism Information Contents, PIC)
皆大於 0.6,引子標定 4 色螢光後,可單次多重(multiplex)聚合酶鏈鎖反應
(Polymerase Chain Reaction, PCR)完成增幅,並可於單次多重螢光毛細管電泳
(multiplex capillary electrophoresis)完成基因型分析(資料未發表)。第二版套 件改善第一版套件因重覆次數過多或重覆單位過小導致痕跡條帶(stutter band)
偏高,可能造成誤將同質結合基因座誤判為異質結合之情形,選取 4 鹼基對為單 位、重覆次數 6 至 15 次的 SSR,組成包含 12 個分散於水稻 12 條染色體的 SSR 品種鑑別套件,也可於單次多重 PCR 增幅後,單次多重螢光毛細管電泳完成基 因型分析(柯,2014),在第二版套件篩選 SSR 標誌時未考慮因重複單位提高 與重複次數降低造成之 SSR 在品種間的多型性程度,使用的篩選族群未考量水 稻次族群結果與臺灣稉稻品種間親緣關係較近,導致選得的 SSR 標誌之多型性 多半來自秈稻,造成在稉稻品種間之鑑別力不足。第三版套件則是綜合第一與第
二版套件的經驗,並針對臺灣稉稻品種篩選適用之標誌,結果以 12 個 SSR 標誌 組成可於單次多重 PCR 增幅並於單次螢光毛細管電泳完成基因型分析之第三版 水稻 SSR 品種鑑別套件(資料未發表),目前此套件已實際應用於我國水稻品種 之分子檢測上。
SSR 標誌具有共顯性、高再現性、高多型性及具物種專一性等優勢,然 SSR 之特性亦常造成生物體內重覆次數改變或側翼序列點突變,降低分析穩定度。單 一核苷酸多型性(Single Nucleotide Polymorphisms, SNP)相對較穩定,且於基因 體中更廣泛存在(reference needed),並具分析系統多樣化、部分系統間可轉換 使用及可自動化判讀提高分析效率等優勢,隨著 SNP 資料庫陸續公開,序列資 訊取得更趨容易,使越來越多研究使用 SNP 做為分子的工具。本研究是作物育 種研究室開發水稻 SNP 品種鑑別套件的起點,我們參考實驗室前人開發水稻 SSR 分子鑑別套件之經驗,逐步建立 SNP 篩選模式與優化的策略,以篩選具高多型 性與高讀值機率(call rate)潛力且能鑑別「臺灣優良水稻推薦品種」的水稻 SNP 組合為本次研究的目標,期望本次開發的品種鑑別套件可實際運用於輔助水稻三 級繁殖制度之種子檢查,也期許未來能拓展到開發可適用於世界水稻品種鑑別的 平台,成為此系列研究的最終目標。