早期臺灣生物科學研究進展（下）

蔡新民++魏巍

（接上期）

在植物遺傳學與統計遺傳學方面，進行青花菜抗老化轉基因研究，利用農桿菌轉殖法導入細胞分裂激素合成基因，在轉型株中發現有31%具有延遲葉片黃化、16%具有延遲花球黃化效果，而7.2%的葉、花均具這些效應，以獲得的近20個自交系進行子代評估，也顯現該轉基因遺傳至下代；進行乙烯受體變異轉基因研究，獲得數枝轉型株；以高等水生植物浮萍探討污染環境中特定基因的表達機制，發現浮萍對農藥的耐受性較高，對重金屬（除鉛外）的耐受性則比較低；從百合成熟花的基因庫中找到一個與干燥有關的基因，只在接近開花時才表現，可能有保護功能；自耐高鈉鹽的冰花植物分離出一傷害誘導基因WI12，與馬鈴薯的傷害誘導基因WUN1有很高的相似度，功能可能與韌皮部細胞壁的發育有關；構筑能在水稻表現的表現載體，每一個不同的表現載體，得到數個T0細胞系及同質T2，T3與T4轉殖水稻種子，并證實將基因轉殖到水稻中有表現，活性較由細菌所表現的高出許多。

植物生物化學方面，將第Ⅲ型稻醇溶蛋白質基因RP5啟動子嵌合GUS報導基因，藉由農桿菌轉殖于煙草及水稻，發現RP5啟動子在水稻表現具有胚乳專一性，且其表現的時間控制能精確地復制內生性RP5基因的調節，但在轉殖煙草的表現則不具胚乳專一性；分離出可能與綠豆種子衰化有關的基因RNA解螺旋（RNA helicaseVrRH1）；發現假絲酵母菌的5種脂肪具有不同生化特性與基質特異性，選殖的啟動子具有不同的環境與營養因子調控序列，可因應不同的培養條件改變同功的差異表現，而有不同的應用性；闡明光合系統中心蛋白基因群psaAB的轉錄轉譯機制，及光照對此基因群表現所扮演角色，發現葉綠體存在著轉錄調節蛋白因子，并純化此類蛋白；成功選殖出水稻活化基因，分離此酵素兩型蛋白，發現此基因表現呈現概日韻律變化，mRNA具有獨特的選擇式剪接機制；利用農桿菌轉殖法，將大腸桿菌和反芻動物瘤胃中分離出來的植酸基因轉殖至水稻，可穩定遺傳至后代，而轉殖水稻所生產的植酸酵素具有高效能的酵素活性。

微生物學及植物病理學方面，發現伏馬鐮孢毒素B會引發動物和人類的疾病，包括馬腦白質軟化病、豬肺水腫、小鼠肝癌和人類食道癌等；經生化特性分析，衛星蛋白為RNA結合蛋白質，具核酸的特異性，并有自我聚合特性，利用酵母雙雜合系統，篩選出數十個與衛星蛋白結合的寄主蛋白；初步完成臺灣炭角菌科的地方志，共118種，分屬于13個屬，其中包含1個炭豆菌屬和1個炭角菌屬的世界新種，并描述1個法國核囊菌綱新屬——雙孔孢菌屬、1個俄羅斯層炭菌屬的世界新種及4個馬來西亞炭角菌科的世界新種；以竹嵌紋病毒為材料，發現病毒復制酵素的中間區段具有核苷酸水解酵素活性，而病毒三重迭基因的第一移動蛋白，在失去ATPase活性和RNA結合能力時，會失去幫助病毒的移動能力；缺失性RNA的轉譯架構存在對其增殖極為重要，而衛星核酸發展為基因表現載體，可用來定位病毒鞘蛋白次基因RNA的核心啟動子。

植物生理學方面，以紅杉試驗，證明植物幼年期光合作用及呼吸作用的速率皆高于成齡期，葉綠素含量幼年期也高于成齡期，但老樹復幼后又恢復幼年期之特性；植物幼年期時，生長迅速、乙烯產量高，成齡期，則生長緩慢、乙烯產量低，老樹復幼后則提高至幼年期的乙烯產量，但以每克細胞分析時，則幼年期與成齡期無顯著差異；利用介于trn D和trn T之間以及trn T 和trn F之間的葉綠體non-coding核酸序列，觀察到十字花科蕓苔屬Brassica rapa/oleracea演化途徑的植物，其核酸序列的演化速率為B. nigra演化途徑植物的2倍左右，證實A+T成分的高低確會影響核苷酸突變的數目，且DNA堿基被易位對DNA堿基被取代發生比率會隨A+T成分的增加而增加；完成文心蘭、拖鞋蘭及蝴蝶蘭等細胞再生植株的研究；證明氰細菌聚球藻RF-1品系的硝酸還原酵素基因narB為硝酸還原酵素的功能基因，單鏈蛋白可隨硝酸鹽濃度變化，表現兩種不同的酵素動力學特性；探討夜來香球根花芽分化前后荷爾蒙的變化，發現C-19 gibberellin扮演關鍵性角色；利用細胞熒光流測分析技術，建立高細胞分裂指數的細胞懸浮液，為誘導分裂與染色體分離的來源組織；分析林木種子上胚軸休眠特性，發現低海拔莢迷屬植物的成熟種子不宜溫儲，適度冷儲為適宜方法，而中、高海拔莢迷屬植物可適度溫儲。

植物系統分類與演化學方面，分析顯示，南方紅豆杉和穗花杉屬應屬紅豆科，后者與粗榧科為單源，與杉柏二科約在19200萬至23000萬年前分歧；分析三基因組，發現松柏木（除松科外）與買麻藤目是姊妹群的新關系；訂正臺灣產鴨跖草科及天南星科魔芋屬等單子葉植物分類，厘清菊科、秋海棠屬、薔薇科臺灣草莓等各植物的系統親緣關系，發表新種植物“臺北秋海棠”；探討臺灣佛甲草屬植物的系統分類，發現有20個分類群；研究臺灣西部6條溪流的天南星科石菖蒲群遺傳結構，發現石菖蒲的族群在溪流間確有明顯的分化，依緯度分為兩大族群；研究臺灣芒屬植物的分子生態與演化，發現以五節芒為外群，中國芒呈現單系群的結果，臺灣芒和高山芒有明顯的遺傳分化，臺灣芒與白背芒雖因二次接觸，但種化并未成功，芒屬植物的生殖構造及發育與其他禾本科植物相似，對種化之影響有限。

植物生態學方面，相思樹的生物試驗顯示，葉的水溶萃出物中含植物毒物質，并確認12種類黃素及2種單寧，其中4種為新化合物；臺灣芒與白背芒因其分布于不同海拔，由所得的分子證據了解二變種間仍有基因流轉，種化的過程尚未成功；發現經高鹽分處理，顯著降低水筆仔幼苗的光合作用速率和氣孔導度，增加氮素濃度可增進生長在低鹽分水筆仔幼苗的光合作用速率和氣孔導度，但對生長在高鹽分下的水筆仔幼苗沒有顯著效應，生長在高鹽分低氮素濃度下的水筆仔幼苗較易受光抑制；從研究島內河川污染和藻類關系中，歸納出以附生硅藻的藻屬為指標的新方法，由6個屬的比率關系為指標，結果和由水質理化參數分析所得者相當一致；自相思樹分離出22種化合物，另自血桐分離出9種化合物，其中6種黃酮類為新的化合物；進行芒草分子生態及演化研究，利用隨機擴增多型性DNA、葉綠體DNA之trnL-trnF間隔片段和乙醇去氫I的DNA序列分析，探討族群間的基因流轉及族群遷移。

菌類及藻類方面，發現有2種大型有蓋盤菌、24種無蓋盤菌，6屬11種雙鞭毛菌及12屬土壤高溫真菌；從臺灣溫泉或其他地熱環境分離得耐熱性真菌25株；觀察臺灣7個碳酸泉，發現41種硅藻，大都出現在低二氧化碳泉水中。

動物細胞及生理機制方面，發現內生性類鴉片的不同作用；發現影響精蟲生理功能的重要成分；闡釋大鼠延腦吻端腹側核與疑核抑心區及視丘網核作用機制；證明蟑螂單眼對逃亡具有生理意義，并解析出蝦的信息傳遞分子的活化機制；完成家蠶及蟑螂前胸腺咽喉側腺分泌的脫皮激素、腦神經細胞形成與青春激素在發育過程的變化研究，發現羅氏夜蛾咽喉側腺的促進物質存在于腦、食道下神經球及心臟內分泌體內，證明神經連索NCAI和NCAII在傳遞促進作用上的角色；從昆蟲鑒定出小白紋毒蛾的性費洛蒙的主要誘蟲成分，是一種從未發現過的新結構；探討小菜蛾3個同功異構酯解酵素在田間及室內發生頻率的變化；完成關渡河口、關渡自然保留區與自然公園內昆蟲相的分析；完成多種鳥類、爬蟲類及魚類腦垂體促甲狀腺激素、促濾泡激素、糖蛋白激素共同α次單元基因的選殖、測序、胺基酸序列及mRNA表現的調控因子之探討；完成淡水魚離子平衡相關運輸蛋白研究，Ca2+-ATPase 基因之選殖、測序、胺基酸序列及各器官mRNA與蛋白質表現，證明H+ATPase及Na+-K+-ATPase在淡水魚Cl吸收機制的角色；進行與HSC70作用的蛋白質、魚類JAK-STAT信號傳遞、DHEA及固醇類對刺激分泌作用及抗磷脂質抗體與赤芝S對膠原蛋白刺激血小板的影響等研究；研究蛋白質種類，包括HSC70、新型唾液酸水解酵素、胡蜂毒素、生殖系統分析蛋白24P3 RNA水解酵素、蛇毒蛋白、核酸復制酵素等，除探討其作用機制外，也進行三度空間結構決定與蛋白質工程改進等實驗；發現磷酸葡萄糖異構醣、自體分泌移動因子及神經白細胞素均為同一類型蛋白，而且首度決定其三度空間結構；果蠅的發育與其相關基因調控研究，發現果蠅具有與哺乳類甲基化CpG核苷酸的相似蛋白質，但在基因中卻探測不出甲基化CpG核苷酸；促黃體激素釋放激素（LHRH）對癌細胞株A431的表皮生長因子受體的磷酸化具去除的作用，可能與促黃體激素釋放激素能抑制癌細胞的生長有關；藉由基因功能至蛋白質轉錄后調節，建立人類遺傳疾病多巴反應性肌肉松弛癥的細胞模式及致病機轉；小白鼠子宮分泌之24p3蛋白和精蟲頭部有結合的現象，結合后可增加精蟲的活動力；缺乏葡萄糖六磷酸去氫（G6PD）時，會導致人體皮膚纖維細胞生長緩慢，并加速老化；小白鼠貯精囊分泌的自體免疫抗原抑制精蟲內鈣離子之含量，可能是經由胞器儲存增加所引起；精囊分泌蛋白純化后，具增強精蟲游動的能力。

動物功能型態學方面，發現高密度脂蛋白是以反內胞飲作用進出細胞；完成80%全球盲鰻種類的骨胳解剖；發現在幼鼠下丘之軟腦膜下區一種輻射膠細胞，其功能應為第二級膠母細胞鷹架，與下丘的發育有重要之關系；建立果蠅發育時感光細胞型態變化的證據。

動物系統分類及進化學方面，發現臺灣沿海頭足類至少有85種，其中49種為新種或本地新紀錄種；記錄44種臺灣產海膽，其中12種為新紀錄種；完成蝦虎亞目魚類的親緣分析；利用乳酸去氫酵素所建構的演化樹，發現龜可能是最晚的爬蟲類分支；陸續發表17種新種魚類，至少500種新紀錄魚種，使臺灣的魚種增至2，650種，占全球魚種的十分之一；陸續發表環節動物多毛類11個新種，為西太平洋亞熱帶與熱帶地區多毛類物種多樣性的分布。

動物遺傳及發育學方面，解析出果蠅動蛋白在感光器型態發生過程所扮演的角色，并發現在果蠅表皮生長因子受體（EGFR）訊號傳遞系統中具負調控作用的一種新穎蛋白質及另一獨立于EGFR的新調控系統；揭開蛙類齒釉蛋白基因表現的調控機制；結合分子生物學及轉基因斑馬魚的研究成果，有助了解脊椎動物生長、發育及環境適應基因的表現與調控；以分子標志，如造成雜交、雄性后代不孕的基因（Ods）、28S核DNA序列及表皮碳氫化合物費洛蒙分子，厘清果蠅、虻總科等昆蟲的近緣種親緣關系及地理分布；建立多種細胞核（如ITS1、ITS2）與線粒體核酸序列為遺傳標志，并分析臺灣淡水域及海水域等無脊椎動物間的親緣關系；進行Xlox基因同源區胺基酸序列的親緣分析，顯示脊椎動物、環節動物水蛭及海洋無脊椎動物各自分成一群；探討基因表現在心肌、免疫系統、大腸桿菌、哺乳類細胞、聚球藻與性腺細胞的生長及分化影響；發現T細胞接受器的核酸片斷，在人與老鼠間有非常高的保留度；轉錄因子在細胞內及細胞外均會與此核酸片斷作用，顯示T細胞接受器基因的表現受組織與發育特異性的調控；利用圓斑河豚為材料，完成4種酪胺酸蛋白激JAK基因與CDC37基因等的基因結構與啟動子活性分析；選殖斑馬魚肝醣合成磷解酵素3（GSK3）基因，研究其于胚胎發育過程中的表現；完成鯉魚卵黃生成前質素基因的選殖、核酸測序，鑒定其蛋白質之部分產物lipovitelline II為鯉魚卵膜的組成分；完成鯉魚轉譯起始因子eIF2α、eIF2β及eIF4ε之選殖，并研究與鯉魚卵發育過程中蛋白質合成效率的關系；選殖具有PHD手指結構的蛋白質PFTR，與類固醇激素受體交互作用，抑制受體的轉錄活性；發展液態層析/質譜儀的技術，用以分析蛋白質的修飾；以K蛋白的親和性管柱純化細胞液中可與結合的蛋白質，發現其中的結合蛋白可能為具有RNA解螺旋活性的DDX1，登革熱病毒的核心蛋白也與K蛋白有交互作用，發現notch信息傳遞路徑可與轉錄因子C/EBPbeta調控胎盤特殊基因的表達，并藉由外來醣轉移酵素的作用，調控昆蟲細胞的醣化機制；由基因剔除鼠實驗證明，DNA甲基化是正常胚胎發育必有的機制；CpG核苷酸中的DNA甲基化在很多生物現象中，扮演著極重要的角色；發現2個控制果蠅復眼早期發育的基因，無眼（eye gone）為活化因子，是果蠅復眼發育所必需，而同胸（homothorax）基因在發育中，會抑制果蠅復眼發育；刻痕（notch）基因通過引發eyg表現，促進復眼發育中的細胞增殖；在果蠅眼睛的發育過程中，無調（atonal）和無女（daughterless）是R8感光細胞發育過程所需要的兩個基因，皆表達堿性-螺旋-環線-螺旋蛋白質，且在R8形成時皆有表現；轉錄因子SF1在基因活化及性腺發育上扮演重要角色；SF1可與一般性的轉錄因子TFⅡB結合；斑馬魚Ftz-F1基因有不同啟動子與不同剪接方式，造成4種基因產物，表現在下顎、體節、脊髓及腸道；利用基因轉殖及剔除技術，建立人類脊體肌肉萎縮癥的小鼠動物模式。

動物致病及防御機制方面，發現蝦類發病前后酚氧化酵素活性顯著下降，推測酚氧化酵素原活化系統與蝦抗病能力具相關性；進行人類病原體廣東住血線蟲研究，除建立體外培養系統，也探討不同性別與不同蟲體期的體抗原復雜性及宿主反應；對水生動物細胞之病毒致病機制與細胞信息傳遞研究，發現感染性胰臟壞死病毒在單一細胞內以連續和動態方式細胞雕亡過程；篩選2株結病毒并測序；建立產生具有生物活性的類胰島素生長因子；選殖及表現斑馬魚的受體基因，利用雙股RNA干擾技術，造成斑馬魚尾部、眼睛及心臟發育不正常，并發現母系因子B9與斑馬魚心臟發育有關聯；證明Dithiothreitol增強在NB4細胞內AsO誘發之細胞雕亡，砷活化NADH oxidase引發在人類心肌細胞的DNA氧化損害；Nitric oxide 參與砷抑制pyrimi-dine dimer 的切割，阻止DNA修復；探討環境污染物對哺乳動物細胞的影響，發現三價砷化物誘發人體血球單核細胞粘附分子的表現，亞硝基化氨基甲酸鹽殺蟲劑誘發細胞周期進行的延緩，氨基甲酸鹽殺蟲劑可抑制細胞間物質藉由gap junction的傳遞；進行昆蟲病毒感染特異性蛋白、D型肝炎病毒抗原、牛痘病毒感染哺乳細胞、人類細胞相關病毒的抑癌作用及重金屬致癌物等研究；發現巨細胞病毒的復發與宿主細胞蛋白、病毒的早期蛋白的交互作用有關；利用酵母菌雙雜交法，發現宿主細胞蛋白p150能與IE86產生交互作用；在轉基因鼠上，ATF-1的表現會抑制T細胞活化，但不會干擾T細胞發育，ATF-1在T細胞轉型方面，發現3種不同活化信息可抑制p53誘發的細胞雕亡。

蛋白質及生物有機化學方面，完成臺灣龜殼花蛇毒中所含兩類蛋白分解酵素，即絲胺酸分解酵素與含鋅之金屬蛋白分解酵素的選殖、表現及催化機制研究，已進入結晶結構分析階段；鑒定出synaptotagamin I為南美響尾蛇毒素的第二種結合蛋白質，可做為親和層析材料予以純化，親和力約為10-8M；將crocalbin以蛋白質工程法在大腸菌大量表現；解出細菌合成胞壁所必需的十一異戊二烯焦磷酸合成酵素的反應機制及速率，并發現對酵素催化重要的胺基酸；研究豬與牛蛙眼球水晶蛋白的α-水晶體，發現αA對UV的保護較顯著，αB則以抗熱為主；利用核磁共振分析，證明臺灣眼鏡蛇類蛇毒心臟毒素致死活性的結構特征，其中在第三回圈尖端形成的指狀區及第44個離胺酸產生的正極性與心臟毒素的致死活性有極大的關聯；從結構或序列分析百步蛇及其他蝮蛇類蛇毒中的絲胺酸蛋白水解酵素，發現其種屬關聯并非蛇品種之遠近，而是分成可凝血酵素、降血壓酵素及促溶血酵素的平行演化；分析蝮蛇的鋅蛋白水解酵素，發現演化分為酸性強力出血毒、堿性弱出血酵素及血纖維素的切解酵素；研究蛇毒磷脂在各類蛇毒中的結構、功能、地理差異與選擇性表現；開發用超臨界二氧化碳當溶劑以進行酵素反應；對于細胞具有特殊選擇性的勝，可以降低抗癌藥對人體的毒性；以葡萄糖內酯為起始物，完成內酯反應性的探討，并應用于非天然L-型式醣的合成；以醣KDN/Neu5Ac的比值為指標，發現受測的各類癌細胞中，以乳癌及卵巢癌細胞內的值較正常者高，預測此類癌細胞內KDN合成的機制必然受到影響；建立比傳統方法敏感100～500倍的探測法——DMB反應，以研究聚合唾液酸鏈的長度；初步確認在雞腦內神經接合分子上，唾液酸鏈長度變化的譜圖；以毛細管電泳分析五唾液酸的內酯化，及三、四唾液酸的水解及內酯化，發現新的七勝鏈可以形成以順位脯胺酸cisproline為主的結構；以串聯式質譜儀分析醣質結構，包括寄生原蟲與蠕蟲類的各蛋白醣質及結核桿菌之脂多醣，發現其阿拉伯聚醣末端結構因應乙胺丁醇此一抗結核藥物的作用而引起的變化，及與抗藥性禽型桿菌的差異；完成唾液酸合成之選殖與表現，建立硫酸根轉移酵素的活性測試；開發新的去氧核糖核酸輸送系統，利用綠膿桿菌外毒素為載體，用低密度脂蛋白受體的途徑，可使DNA大量進入肝細胞，為肝癌新療法；利用篩選與prp19突變，合成致死的突變株，由篩選中鑒定出Ntc30p和Ntc20p兩個新的復合體成員，是剪接反應的輔助因子，可調節Prp19p蛋白復合體的功能；利用雙重免疫標記的方法，發現核醣核酸分解體分布在細胞質接近細胞膜的區域；使用冰蝕合并免疫標記的方式，證實核醣核酸分解體可與細胞膜有結合互動的關系；分析親和性共同純化，發現多核酸磷酸酵素、Rh1B螺旋酵素及烯醇酵素并非始終結合在一起；免疫蛋白Im7的高親和性和高專一性，可有效抑制大腸桿菌毒素的素性；磷酸根離子和鋅離子鏈結在一起，且大腸桿菌毒素E7中的金屬離子可能與DNA的鏈結反應有關；利用X-光繞射實驗，解出麩酰胺酸鍵結蛋白質的開放型及含配位子鍵結的秘密型晶體結構；解出臺灣眼鏡蛇蛇毒中心臟毒素蛋白的單晶構造，此毒蛋白的三度空間結構的第一個環狀結構及第二個環狀結構中的phenylalanine會嵌入細胞膜的疏水性區域。

動物生態及保育方面，證明結合電顯分類與分子鑒定程序確認魚卵種別的方法，可應用于浮游性魚卵的分類及鑒定；發現墾丁地區核三廠的入水口藻類分布與領域性雀鯛有密切關聯；完成墾丁巖穴生物的調查。

生物多樣性變遷方面，經由物理、化學因子及植物、動物群聚時空變化和遙測景觀變遷的整合性研究，完成關渡濕地資源調查、棲地利用及環境監測；完成七股沙洲舄湖生態系與生地化模式的藕合；推動大鵬灣舄湖、淡水河口、關渡濕地及核二廠附近巖沙混合型海域生態系模式的構建；發現臺灣特有種粗首鱲起源自大陸的平頷鱲，來臺種化后分成南北兩群，以高屏溪為界；發現臺灣海水魚分布類型主要受海流（水溫）、底質的影響，也分成南、北兩群，以澎湖及東北角為交界點。