重點研究主題

特色與重要性

蘭花開花生理及花朵發育與一般植物迥異，並非單純解序特定蘭花基因組就可以釐清，須經外觀性狀與基因功能之間的關聯性驗證，才能準確地將基因功能應用到商業品系。本團隊長期進行蘭花基因功能研究，結合校內外蘭花形態與栽培專家、生物基因資訊分析實驗室、以及專業蘭園，建構改良市售蘭花品系之技術平台。台灣蘭業在國際市場的最大優勢在於種原豐富、花型花色多樣化，本團隊將發展不同於傳統人工育種的改良技術，透過調控關鍵性狀基因的選殖及功能分析平台的建立，協助蘭花產業快速篩選出具經濟價值的性狀，以因應蘭花市場的瞬息萬變、鞏固蘭花產業的國際競爭力。

特色與重要性

由於蘭花基因轉殖效率不佳，且植株生長緩慢。因此大多使用蕙蘭嵌紋病毒(CymMV)，進行病毒誘導基因沉默(VIGS)，探討蝴蝶蘭生殖階段的基因功能。前期，利用CymMV開發蛋白表現系統，已成功表現紅、黃甜菜素生合成基因，增加蝴蝶蘭花色的多樣性。同時，利用植物菌質體(phytoplasma)作用因子，增加蘭花轉殖效率，成功解開蘭花軸莖形成的秘密。在先前的基礎上，本計畫將同時利用病毒表現系統與基因轉殖系統，開發CymMV介導的CRISPR-Cas9系統，使用病毒載體表現single-guide RNA (sgRNA)，用於基因編輯與基因調控。同時與德國Leibniz研究機構的Sylvestre Marillonnet教授合作，利用合成生物學的工具，在蘭花中建構TALEN調控系統，同時操控多基因表現。期望多樣性功能分析平台的建立，可以突破蘭花基因功能探討的困境，提升產業發展的可能性。

特色與重要性

本研究將建立蘭花基因體及蛋白質體生物資訊分析平台，提供系統性分析篩選出調控重要功能及重要性狀之關鍵基因，提供實驗端驗證並研究整合。此外，蝴蝶蘭目前以雜交育種為主流，但這些經驗不易傳承。近年人工智慧發展在軟硬體上有長足的進步，本團隊將發展不同於傳統人工育種的方式，除了蒐集全世界蝴蝶蘭種系與照片資料外，並與台灣本地專業蘭園合作，建立包含台灣蝴蝶蘭花親本與子代照片與性狀的大數據智慧育種資料庫，利用人工智慧技術，建立育種的預測模型，協助蝴蝶蘭花產業快速篩選出符合育種目標的親本，減少品系雜交試驗並加快時程培育出具有高經濟價值的品種，以因應蝴蝶蘭國際市場的快速變化並強化產業競爭力。

特色與重要性

蝴蝶蘭基因體複雜，需要利用蝴蝶蘭基因轉殖或編輯技術才能研究目標基因對蝴蝶蘭花形花色的影響，進而鎖定影響蝴蝶蘭花形花色的關鍵基因。蝴蝶蘭農桿菌基因轉殖費時長效率低，為提升效率縮短蝴蝶蘭開花時間以了解目標基因在花形或花色的調節功能，本計畫將利用瓶內開花蝴蝶蘭為材料，利用基因槍和奈米碳管導入基因編輯所需之RNA與作用蛋白，直接篩選基因編輯植株以建立蝴蝶蘭基因編輯系統。此系統將可有效率的分析蘭花重要性狀調控基因功能，進而協助蘭花產業快速培育出高經濟價值性狀，鞏固蘭花王國的國際競爭力。

特色與重要性

全球環境變遷極端化，因為環境不利於作物生長而導致產量損失約三分之二，而乾旱，淹水及鹽害為三個最具損傷力的環境逆境。如何利用更少的土地、水源、人工及能源，生產足夠糧食以餵飽快速增加的人口，是21世紀所面臨最大的挑戰。水稻是全球一半人口的主食，應用更先進的農業生物技術及精準智慧農業監控，以育成耐多種逆境、低成本投入、少用灌溉水及肥料、且維持高產量的新品種水稻，為達到永續農業目標之一項重要的議題。本團隊將結合國内專家及產業界與國際團隊合作，從事水稻功能性基因體研究，應用基因編輯技術並建立分子育種平台，發展耐受環境變遷與確保糧食安全之水稻品系，並結合精準智慧農業監控，以增進稻作產量與品質穩定性與台灣永續農業的建立。

特色與重要性

聯合國預測2050年世界人口將增長到近100億人，隨著人口的增長，永續發展目標SDG2消除飢餓及SDG3確保健康的生活將成為關鍵挑戰。水稻、木薯、玉米、小麥及馬鈴薯等糧食作物富含澱粉，為全球提供85%以上的卡路里，使人們可獲得足夠熱量，卻缺凡足夠的維生素及微量元素來維持健康，導致營養不良症狀。全球有16億人因缺鐵性貧血，而導致生產能力下降，導致超過80萬人死亡。本團隊長期使用生物強化策略，已開發出富含鐵鋅等微量元素及維他命A的高營養水稻品系，為其他糧食作物提供成功的營養改善案例。基於本團隊的研究專長，並與國際研究單位合作，採取基因工程及CRISPR-Cas基因編輯策略來提升水稻微量元素含量，增加木薯產量。

特色與重要性

隨著全球氣候異常變化，雨水不足及可耕地劣質化、鹽化之情形日趨嚴重。植物容易遭受更多的缺水及鹽害等非生物性逆境之阻礙，急遽降低經濟作物的產量及價值。施用有益植物內生菌(plant endophytic bacteria)提升植物生長速率和抵抗環境逆境，可作為高效能且安全性的替代方法。內生菌可藉由產生螯鐵蛋白或調節植物賀爾蒙及溶磷能力等功能，促進植物生長及抗逆境。本計畫擬自濱海耐鹽植物中分離出有效耐高鹽環境的植物內生菌，進行功能性分析，並接種於阿拉伯芥植物和數種作物中，觀察測試其促進植物生長及抗逆境之效果，並將透過多體學生物技術，包括基因體、轉錄體及代謝體，解構其分子機轉。

特色與重要性

台灣已進入老齡化社會，預計於 2025 年進入超高齡化社會。不健康的生活習慣會導致代謝症候群，使得心血管疾病為導致老年人口死亡的主要原因之一。同時隨著年齡增長及外界環境刺激，導致免疫系統的下降，造成腸道微生物群組成和功能發生顯著變化甚至失衡，亦使皮膚功能開始惡化。有鑑於上述情形，如何藉由預防醫學以及農產加值為未來的發展趨勢。本計畫藉由預防醫療以及抗老保健系統，強化我國國民健康，同時利用生物科技技術進行本土特色農產品和藥用植物高價值的運用，是我國生技產業發展政策的重點研究項目。本計畫將培養生技產業人才、農產品加值開發研發人才、加值國產特色農產品以及協助政策推廣等多面向的效益。

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本研究選用台灣本土松葉為材料，進行天然物之生物活性篩選，並評估作為免疫調節功能性食品之可行性。自體免疫疾病如類風溼性關節炎，乾癬等，其致病機轉與體內精胺酸脫亞胺酶表現過高活性呈正相關。我們發現台灣本土五葉松針萃取物以及分萃物能有效抑制人類精胺酸脫亞胺酶活性，對於關節炎改善有明顯功效，且對小鼠無顯著毒性因此我們推測五葉松針葉分萃物能有效改善小鼠關節發炎程度，其作用機制可能來自對人類精胺酸脫亞胺酶家族活性之抑制作用。另一自體免疫性疾病”乾癬”致病機轉也與精胺酸脫亞胺酶家族活性相關。本研究亦將評估台灣本土五葉松針葉液於改善”乾癬”症狀之可能性。希望能找出台灣本土松葉萃取液有效抑制人類精胺酸脫亞胺酶家族之有效關鍵成分，釐清其對抗類風溼性關節炎或乾癬之分子機轉，發展免疫調節保健食品及植物新藥。

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病害防治策略的擬定首重於植物病原的鑑定，建立快速、正確、簡便的「檢疫」方法，及時辨識植物病蟲害，防止病害擴大傳染，降低農業損害，並預防病害再次發生。本團隊以嶄新的診斷結合數據管理與資料庫，建立了一套智慧檢測平台；內含(1)電漿增強光譜訊號的奈米晶片3D-PHS；(2)晶片搭配的光譜儀或螢光指示劑；(3)分子條碼Barcode與資料建置。此平台可以針對待測物檢測並以拉曼訊號或是螢光光譜輸出，此高偵測極限的智慧檢測平台可應用於在肉眼觀測之前即達到檢測驗證的效果，不但對於農作物病蟲害可以及早預防，也可以應用於作物苗株的篩選。本計畫將針對植物病毒與細菌株檢測出訊號，並依照其分子條碼建立起分子資料庫(Barcode條碼)。

特色與重要性

本計畫從植物病原與植物交互作用、病原致病基因功能分析，與病原基因作用之相對應致病機制相關植物基因或植物抗、感病關鍵基因之鑑定等多方著手進行研究，探討具應用價值之抗/感病基因，進一步利用CRISPR技術於抗病育種之開發，並從重要致病基因中利用噴灑誘導基因靜默進行病害之防治。同時將深入了解病原真菌如何調控高毒性活性氧物質(ROS)之解毒反應、鐵獲取和細胞能量之穩態平衡、細胞自噬作用，以及鐵依賴型細胞死亡(ferroptosis)，並探究其在病原真菌致病過程中的互作關係與調控機轉，進一步找出真菌的弱點，作為將來開發新抗病藥物的特定標靶，將有助於植物病害防治策略的改良與開發。

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在先前研究中，利用病毒感染前後的植物細胞，進行篩選差異性表現的基因，針對具有差異性表現的基因，以基因靜默與短暫性表現等方式來檢視其是否參與病毒感染過程。在這些基因中，發現有些基因與病毒的複製有相關，也有一些基因與病毒在細胞內或細胞間的移動有關。本計畫擬針對參與病毒移動的寄主基因進行研究，了解這些基因在病毒的移動中所扮演的角色。進一步可以強化那些表現出具有防禦能力的基因，也可以弱化那些參與幫助病毒移動的基因。這個計畫的執行，除了可以了解病毒在細胞內的運輸模式之外，我們也可同時解析植物細胞內胞器之間的物質運輸機制，這對植物細胞生理是具有重大意義的。

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木瓜、百香果、及網紋洋香瓜皆為台灣高經濟價值重要作物。然而，蟲媒病毒病害為其栽培重要限制因子。而抗病育種費時，甚或無抗病基因來源可供防治應用。基改抗病作物尚未能推廣使用，而栽培設施造價昂貴，對於粉蝨及薊馬等蟲媒防治效果不彰。故利用輕症疫苗的交互保護對於病毒防治成為重要防治策略。天然的輕症病毒獲取不易，且交互保護也存在專一性問題。建立快速篩選或構築植物輕症病毒技術平台，應用在高經濟作物的病毒防治上甚為重要。透過人為方式加速病毒突變建立具多樣性之輕症病毒庫，配合精確篩選平台獲得適合的病毒株發展為植物病毒輕症疫苗；或利用遺傳工程方式消除病毒病原性，獲得輕症疫苗進而混合數種不同的輕症病毒，可提供對多種病毒之廣泛性抗性。本研究提供防治木瓜、百香果、及洋香瓜重要病毒的單價或多價疫苗有效新策略。