本文尝试从个人的观点，介绍蝴蝶兰及文心兰的研究，以及讨论可以利用分子育种进行改良的特性，例如由花色突变、改变花色的策略、开花之调节等；最后讨论经济栽培兰花利用分子育种的展望。 前 言 兰科植物为开花植物中最大的家族，总共超过800个属及25,000个以上的原种，其中不少兰类具有经济栽培价值，蝴蝶兰、蕙兰、石斛兰及文心兰为主要的栽培兰花类，可供商业生产，其产品型式包括盆花及切花。近年来，兰花盆花已成为全球重要的农产业。传统育种方法（即连续杂交和选拔）已为想要创造具优良性状，如：花色、花型、香气、株型、花朵寿命和病虫害抗病性等新品种的育种者铺好路了，但这种方法所创造的种原仅局限在各自物种内使用。 分子育种遗传转殖已经为植物创造许多新奇性状开启一扇新窗，如改变花色、花朵形成、株型、花序排列和香气等，许多研究单位已经利用分子技术进行兰花育种。在台湾，蝴蝶兰和文心兰已经是企业化生产的高经济作物，创造突变新品种在兰花商业生产市场上，已成为一重要因子；新奇性为观赏植物产业成长的动力。因此，除了传统育种方法，分子遗传改造可以用来育成新奇优良的品种。  牵牛花（Ipomoea tricolor cv. Heavenly Blue）的蓝色花瓣，在开花过程由紫红色转变为蓝色，颜色的改变是因为表皮层的细胞液泡pH值由6.6上升至7.7，开花过程花瓣细胞液泡 pH值的增加，是由于细胞质的Na+和（或）K+经由钠离子质子转运蛋白（Na+／H+ exchanger，NHX1）以主动运送方式传送到液泡，以组织化学染色和北方杂合分析结果，也确认花瓣颜色改变与NHX1的相关性。 利用牵牛花、朵丽兰Doritis pulcherrima（蓝色花）或其它植物物种的Na+/H+ exchanger这种颜色改变的模式，也许可以应用在蝴蝶兰基因转殖上，使花色改变为蓝色。有趣的是，在植物细胞液泡内的金属离子钼（Mo）被发现会与花青色素结合，而使花瓣呈现蓝色，这或许是育出蓝色转殖蝴蝶兰的另一选择。 Flavonoid生合成基因的表达，受植物体内R2R3 MYB和basic helix-loop-helix（bHLH）转录因子的共同调节，而能活化花青色素的生合成。由阿拉伯芥（Arabidopsis）、非洲菊（Gerbera）、矮牵牛和西红柿分离的MYB转录因子转殖至其它植物，显示已可以在花瓣和其它组织产生花青色素。矮牵牛的ANTHOCYANIN1（AN1）是一种花青色素生合成所需的bHLH转录因子，转殖植物表达AN1后，可以活化产生dihydroflavonol 4-reductase酵素的dfrA基因的表达，相同地，在转殖烟草和西红柿中，过量表达西红柿MYB转录因子ANT1，会使花青素生合成基因表达增加。 另一个加强花色的方法是操纵flavonoid结合蛋白，矮牵牛的AN9蛋白是一种glutathione S-transferase酵素，它能将花青色素隔离局限在液泡内使花色更深，玉米的BZ2是glutathione S-transferase酵素的基因，它能将花青素累积在液泡内，bz2突变会导致花青素累积在细胞质内，而使之氧化变为褐色。 最近一种少见的花朵色素甜菜素（betalains）被仔细研究发表，betalain生合成相关基因已被选殖，其中4，5-extradiol dioxygenase的基因DODA，已从马齿苋（Portulaca grandiflora）花朵选殖出来，分子层次的特性也被研究完成，突变的白花马齿苋花瓣，经过基因枪转殖DODA之细胞，可产生黄色素，由这个结果显示，也许DODA基因可以应用在兰花花色调控。 许多黄花植物以类胡萝卜素结合蛋白（carotenoid-binding protein），将胡萝卜素累积在杂色体内，从胡瓜花冠鉴定及选殖出一种杂色体专一的胡萝卜素结合蛋白（CHRC），将CHRC基因的激活子接合报导基因，以基因枪转殖到胡瓜花瓣和其它组织，结果显示CHRC基因的激活子只会在胡瓜花瓣专一表达。 有3种胡萝卜素结合蛋白或质体脂质—结合蛋白（PAP）已从芜菁Brassica rapa选殖出，其中PAP2在黄色花瓣含量最高，这个结果促使我们由黄花文心兰花朵选殖到相似的基因fibrillin。我们由黄花文心兰的唇瓣选殖fibrillin互补DNA的全长，我们将尝试以RNA干扰技术（RNAi）的策略，将fibrillin转殖到文心兰的拟原球体，希望能抑制花朵胡萝卜素的累积，而创造白花或浅黄花的文心兰，浅色系的兰花可能在日本切花市场具有潜力。 花序构造 花序的分枝性是文心兰切花重要的性状，国内和外销市场的顶级规格花，一支花茎必须至少有6个分枝，在台湾等亚热带地区，酷热与潮湿的夏季，花序分枝减至最少，可能只有主花序而无分枝（俗称一条龙），目前对文心兰花序构造的控制机制仍不清楚。 由其它植物种类的观察与试验报告，有助于我们对枝梢分枝机制的了解，从阿拉伯芥与豌豆分枝性突变株的研究，似乎有许多基因在枝梢分枝外表性状上扮演重要的角色，有些分枝突变种豌豆根部木质部汁液的细胞分裂素含量减少，但有些突变种并无此现象。目前有一种假说，提出藉由嫁接传送讯息物质与控制分枝有关：野生型的阿拉伯芥可以产生具移动性的分枝抑制讯息物质，并可经由嫁接而传送至分枝突变种max4，MAX4基因可以译码转译出一种可由生长素诱发的polyene dioxygenase家族蛋白质。 从矮牵牛的茎与根部鉴定出一种类胡萝卜素裂解dioxygenase酵素基因，CCD酵素可以调节嫁接传导抑制分枝物质的生合成，在dad-1突变株中，dad／PhCCD8基因发生突变，使可移动之讯息传导物质减少，所以分枝增加，而阿拉伯芥中嫁接传导之分枝抑制贺尔蒙被认为是由plastidic dioxygenase将多种carotenoids裂解的产物。另外一个控制枝梢分枝的基因MAX2也已被选殖，其为F-box富含leucine重复的蛋白质家族。 近来，本实验室已从文心兰Gower Ramsey花苞选殖出类似CCD的基因，我们将测定文心兰花茎和植株其它组织的CCD表现量，以了解它与花序分枝性的关系；并完成以RNAi策略进行转殖，测试压制CCD的功能，以获得分枝性强的文心兰切花。由于一般的文心兰Gower Ramsey已有许多花色的突变，有白变种‘白玉’（‘White Jade’）和橘色变种‘香吉士’（‘Sunkist’），由于它们除了carotenoid色素的差异外，其它遗传背景都相同，所以这些品种是研究分子遗传非常有价值的植物材料，它们的差异仅在花朵类胡萝卜素的含量，所以我们正在进行测试类胡萝卜素生合成和累积的关系，选殖并比较相关的基因，并进行后续的转殖研究，以厘清这些基因在文心兰花朵色素形成的作用。  [本文共有 2 页，当前是第 1 页] <<上一页 下一页>>
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