“以前只会吃香蕉，不会特别关心香蕉。”中研院农业生物科技研究中心陈荷明副研究员，过去研究主题无关香蕉，也没有想过自己有一天会研究香蕉，但有鉴于香蕉黄叶病影响甚巨，加入了研究的行列。她带领团队运用基因串行资料分析，找到鉴定台湾抗黄叶病香蕉品种的分子标志，保障台湾香蕉的品种专利权。
香蕉便宜又美味，不需要一边吃一边吐籽。台湾的香蕉在国际上更是高级蕉代表，被誉为香蕉王国。图片来源：iStock
处处买得到的香蕉，好吃、便宜又很方便，剥开皮就可以吃，两三口就吞下肚，因为果肉里没有籽，不需要一边吃一边吐籽……等等！你有没有想过：香蕉没有籽，怎么繁衍下一代？
切开香蕉，果肉中轴附近有一些黑点，有些比较明显，有些几不可见。这些黑点正是香蕉已退化或发育不良的种子。因为市面上的食用香蕉大多是三倍体，也就是有三套染色体的华蕉。三倍体的香蕉会开花、会结出果实，但没办法发育出正常的种子。
人类是二倍体，有两套染色体，一套来自父亲、一套来自母亲。像香蕉这样染色体超过两套的，称为“多倍体”，这在动物界很少见，在植物界却相当普遍，像小麦是六倍体，草莓则是八倍体。由于多倍体结的果实通常比较大，而且相较于二倍体来说，有更多染色体可存储基因，具备比较多样的性状，在农业上有许多应用价值。而且三倍体的香蕉种子会退化，能让果肉吃起来柔软滑顺。
有些香蕉仍有明显种子，它们是二倍体、四倍体，种子又黑又硬、大小如木瓜籽。三倍体的香蕉，则是二倍体和二倍体，或是二倍体和四倍体香蕉杂交而来，例如：一个二倍体亲代提供一套、另一个二倍体亲代提供两套，结合成三倍。三倍体香蕉种子不能正常发育，只剩下种皮。数据源：苏柏谚 (陈荷明实验室) 图说重现：林洵安
没有种子，怎么繁殖？香蕉采用“营养繁殖”，利用从块茎冒出来的“吸芽”产生新的植株。栽种时，农民可直接挖取母株旁边由吸芽发育长成的小香蕉树，移植到另外的田地上，或是向蕉苗场购买利用组织培养产生出来的香蕉苗。无论用哪一种方式栽种，母株和子株的基因几乎是一样的，保障香蕉的优良品种。
香蕉大灭绝，没有香蕉吃——这可不是危言耸听，而是真实发生过。一百多年前中南美洲主要栽种的香蕉品种是“大米七”，虽然外皮比较厚，但是香气浓郁，果肉超甜，据说比现在的华蕉更美味。1900～1960年间，香蕉黄叶病肆虐，导致大米七几近灭绝。
香蕉黄叶病又称“巴拿马病”，是一种叫做“尖孢镰刀菌古巴专化型”的真菌所引起，这种真菌能以(厚壁) 孢子的形态在土壤里存活超过三十年，经由土壤、灌溉水或附着在农具或车辆上，四处传播、感染栽种在田里的香蕉。罹病的香蕉会由下方老叶叶缘先黄化，然后逐渐扩大，最后整株枯萎死亡。罹病的香蕉植株如果随意丢弃，也会传播病菌，难以防治。
所幸，后来可抗黄叶病的华蕉取代了大米七，成为目前全世界主要栽种的品种，人们才又有香蕉可以吃，台湾的主力品种“北蕉”就是属于华蕉。
然而，黄叶病的威胁并没有远离。1967年台湾屏东县佳冬地区的蕉园首次出现热带第四型黄叶病，罪魁祸首是尖孢镰刀菌古巴专化型的第四型生理小种。华蕉虽然可以抵抗旧型的黄叶病，却无法抵抗这种新型黄叶病。1990年代，新型黄叶病继续入侵东南亚，2013年证实已入侵南亚、中东、非洲及澳洲的香蕉园！
至此，全世界无不想办法拯救香蕉的灭种危机，其中包括培育能抵抗新型黄叶病的香蕉新种，例如：台湾香蕉研究所培育的宝岛蕉（又称台蕉四号）、台蕉五号和七号，其中台蕉五号在台湾、宝岛蕉在菲律宾皆已有商品化，除了抗病，也直接有经济产值。一旦华蕉全面性的毁灭降临时，这些可抗新型黄叶病的品种将会成为蕉农的救星。因为尖孢镰刀菌很难用杀真菌剂杀死，又能潜藏在土壤中数十年，难以从田地中清除，改种抗病品种可说是解除黄叶病威胁最好的策略之一。
三倍体的华蕉，虽然会开花，但花无法受孕产⽣种⼦，因此必须以组织培养孕育新种。台湾香蕉研究所的研究员，在香蕉苗的组培阶段，诱导植株突变，增加基因多样性，再将香蕉苗种回疫区田间，挑选出存活的抗病栽培种，最终培育出可抗黄叶病的宝岛蕉、台蕉五号、台蕉七号。数据源：苏柏谚 (陈荷明实验室) 图说重现：林洵安
问题来了！未来如果将抗病品种推广到其他国家，必须防范别的国家买了少量香蕉幼苗后，利用组织培养大量盗用。但以往作物多由植株或果实的外形作为分类，不容易分辨，争议时也较难举证。
为此，陈荷明研究团队发挥基因串行资料分析的专长，找到了宝岛蕉、台蕉五号和七号DNA上特殊的串行，一旦有人盗用，就能从这些独特的DNA串行，也就是分子标志，鉴定出该品种是否源自台湾香蕉研究所。
想要正确区隔出品种，分子标志必须有专一性，以达到可信任的辨别度。陈荷明的研究团队先把香蕉会表现的基因测序出来，利用计算机程序比对北蕉和抗病品种，找出哪些DNA串行不一样，将有差异的串行一个个挑出来，进一步比对各个品种之间的差别，从中选出单一品种特有的分子标志，作为鉴定品种的依据。
定序之后，比对宝岛蕉与北蕉的基因串行，找出不一样的地方作为宝岛蕉的分子标志候选者。再将候选的分子标志和台蕉五号、台蕉七号及常见的栽培品种的串行比对，找出只有宝岛蕉才有、其他品种都没有的最佳分子标志。研究团队会为一个品种挑选大量分子标志，再三确认，以确保可信度。数据源：苏柏谚 (陈荷明实验室) 图说重现：林洵安
找到各个品种特有的分子标志之后，陈荷明的团队开发出两种鉴定分子标志的方法。
方法一：使用限制内切酶切割特定DNA片段。限制内切酶可与特定的DNA串行结合，将串行从中间切断。它的专一性很高，如果串行有一点点不一样，它就没办法结合、切断串行。再用电泳法分离切割后的DNA片段，片段越小跑得越远，如此一来，从电泳图上条带的数量和位置即可鉴定品种。
实际做法是：挑选一个DNA片段，如果受测基因串行属于一般北蕉（不抗新型黄叶病），片段会被切断，电泳会出现两条线（代表被切断后两个较小片段）。如果这段基因串行属于抗新型黄叶病的台蕉（如宝岛蕉），片段无法被切断，就会多出一条代表完整片段的线。这种方法费用相对便宜，而且不到三个小时就能知道结果。但不是所不到到的品种特有串行，皆能找到适当的限制内切酶来分辨。
以一般北蕉来说，用特定限制内切酶去切特定分子标志所在的DNA串行，北蕉的DNA串行会被裁切成两段，跑电泳后，电泳图下方出现两条条带，表示较短的两个片段。数据源：苏柏谚(陈荷明实验室) 图说重现：林洵安
宝岛蕉该处的DNA串行与北蕉有差异，限制内切酶无法切断DNA串行，跑电泳后，可发现电泳图多出一条完整片段的条带，形成三条色带。为什么不是一条线，而是三条线？北蕉有三套染色体，但变异通常只发生在其中一条染色体上，所以无法被裁切的串行大概只有三分之一，另外三分之二还是会被裁切。数据源：苏柏谚(陈荷明实验室) 图说重现：林洵安
方法二：经由聚合酶连锁反应大量复制分子标志的DNA片段，然后以“桑格定序法”（Sanger sequencing），进行专一性片段的定序。简言之，桑格定序能直接检测出DNA片段上ATCG四种碱基的排列顺序（一般交由提供定序服务的厂商处理），检查串行上特定位置是否有变异，就可以确认品种。
桑格定序法费用较高，定序时间比较久，但准确性高，目前陈荷明提供香蕉研究所的品种特有分子标志，都能以桑格定序来检测。
举例来说，北蕉有一段串行是GAAT，台蕉五号为GACT，第三个碱基的位置，在北蕉为A，在台蕉五号则突变为C，以此段串行作为鉴定台蕉五号的分子标志。把未知品种该处的DNA片段拿去定序，测定出来的串行如果包含GACT，就能知道该品种为台蕉五号。数据源：苏柏谚(陈荷明实验室) 图说重现：林洵安
创新的检验方式，研发开端可谓筚路蓝缕，除了要集成多种现有串行分析工具，尝试不同参数设置，甚至得自行编写程序！由于要比对的串行非常庞大，没办法用人工逐一比对，必须靠计算机运算。不是信息背景出身的研究助理侯博瀚，自学程序设计，编写程序比较北蕉与抗病品种间串行差异，实验才能进行。之后，博士后江明豪和研究助理苏柏谚针对找到的北蕉与台蕉差异串行，以多个当地及国际常见香蕉品种，进行广泛地测试，终于验证分子标志的专一性。
那么，陈荷明团队的下一步呢？“既然找到抗病品种的特殊串行，是否能从其中找到抗黄叶病的基因呢？”事实上，确认抗病品种的分子标志来区分香蕉品种，只是最基础的工作。陈荷明和许多与黄叶病对抗的科学家正分头努力，最终希望找到香蕉抗黄叶病的基因，掌握抗病的机制，帮助香蕉击退黄叶病，让蕉农有香蕉可种，人们永远有美味又方便的香蕉可享用。