民國115年 高考三級 植物病理 植物病害防治學
第2題
某育種家宣稱針對番茄的eIF4E（eukaryotic translation initiation factor 4E）基因進行編輯，培育出能抗多種病毒病害的…
題目
某育種家宣稱針對番茄的eIF4E（eukaryotic translation initiation factor 4E）基因進行編輯，培育出能抗多種病毒病害的番茄品種，經查他所使 用的技術為CRISPR/Cas9。 請問這個新品種的抗病毒機制為何？（8 分） 請說明運用該技術進行抗病育種的流程及原理？需說明為何此技術 所培育出的作物，未來有機會不被納入嚴格的基改法規管制。（12 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、eIF4E（eukaryotic translation initiation factor 4E，真核轉譯起始因子 4E）為 cap-binding protein（帽結合蛋白），辨識 mRNA 5' 端 m7G 帽構造，與 eIF4G、eIF4A 組成複合體啟動轉譯。馬鈴薯 Y 病毒屬（Potyvirus）之 VPg（viral protein genome-linked，基因組連結蛋白）會模仿帽構造而與 eIF4E 結合，劫持寄主轉譯機器，完成病毒 RNA 之轉譯與複製。
- 二、抗病機制：以 CRISPR/Cas9 在 eIF4E 之帽結合區或 VPg 交互作用區造成鹼基插入、缺失或替換，使 VPg 無法辨識，病毒 RNA 不能有效轉譯，病毒無法增殖與系統性移動，形成隱性抗性（recessive resistance）；自然界 pvr1、pot-1、mol1 等抗性基因即為 eIF4E 之突變等位基因。此機制主要對 Potyvirus（如 PVY、TuMV、PRSV）有效，對採不同轉譯策略之病毒效果有限，且番茄尚有 eIF(iso)4E 同功基因可能功能互補，故宣稱抗多種病毒應經嚴謹驗證。
- 三、育種流程與原理：(1) 選定標的基因並定序確認功能區；(2) 設計 sgRNA，評估 PAM、on-target 效率與 off-target 風險；(3) 建構 Cas9/sgRNA 載體，以 Agrobacterium（農桿菌）媒介轉殖癒傷組織或原生質體，或以 RNP（ribonucleoprotein）直接遞送；(4) 再生植株以 PCR、T7E1 或次世代定序確認突變型；(5) 自交或回交分離，選出不含 T-DNA 之 null segregant（無轉殖序列之後代）；(6) 進行抗病檢定、產量與園藝性狀評估及品種登記。
- 四、可能不受嚴格基改管制之理由：基因編輯依是否導入外源 DNA 分為 SDN-1（位點突變）、SDN-2（小片段替換）與 SDN-3（插入外源基因）。本案屬 SDN-1 或 SDN-2，最終產品不含外源基因，其變異性質與傳統誘變、自然突變相近，故國際間多視為新育種技術（new breeding techniques）而採個案審查或以傳統育種管理；我國亦由農業部就個案認定，確認無外源 DNA 殘留者得減免田間試驗與基改標示，惟仍須依《植物品種及種苗法》辦理品種檢定。
- 五、限制與風險：eIF4E 突變可能影響植株生育、抗逆境能力及與其他病毒之協力作用；田間病毒族群亦可能突變克服抗性；若以轉殖方式遞送，T-DNA 殘留檢測與法規認定為關鍵，育種者應保存分子特徵與編輯位點資料以備查驗，並持續進行田間抗性監測。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。