鷹嘴豆高蛋白質新品種的育成
這是美國農學者從理論到實際的故事，寫給Mia，一位女大學生，她在農學領域找到喜歡的道路。(2026-08-13)
我國傳統育種年年有佳績，不過鑑於氣候變遷年代，先進國家早已進入數位育種的境界。我們也不人後，農業部於2025年推動數位育種技術實用化計畫，結合基因體(genomics)與表型體(phenomics)，來強化我國育種能量，以縮短育種時程並提高成功率。
林思妤 et al., 2015 育種× 數據×AI：高通量表型體技術開啟臺灣作物高效育種新模式。農政與農情 (398): 17-21。https://short-url.cc/1BuOa
這裡舉鷹嘴豆(Cicer arietinum)新案例來說明現代育種的可能。
這是美國NuCicer公司於2023年申請，2026年7月7日核准的高蛋白質鷹嘴豆專利。專利品種以‘NC-001’為主，最主要的特點是蛋白質含量比一般的品種高出一半，約31.5%；此外也具有早熟特性，在加州與蒙大拿的試驗條件下，播種至乾籽成熟約90天；相較一般鷹嘴豆約100–130天的生育期，具有縮短生育期的潛力。NuCicer公司把NC系列品種界定為由野生鷹嘴豆 Cicer reticulatum 或 C. echinospermum 種原導入栽培鷹嘴豆所形成的新品種。
United States Patent 12672626
鷹嘴豆栽培品種蛋白質含量約在粗蛋白質含量大約落在 18~22%之間，其他Cicer 野生種也是18–27%，能夠把多數基因控制的特性一下拉高到31.5%，這在目前的基因編輯仍難以想像，因此其研發的過程值得介紹。
一、 從模式豆科植物走向鷹嘴豆
美國加州大學(Davis分校)的DouglasCook教授畢業於威斯康辛大學(Madison分校)，博士論文主攻細菌遺傳學，其後在1992年到2000年任教於德州農工大學，然後轉任加州大學植物病理學系。
他在德州農工的期間進行豆科植物Medicago truncatula (桶實苜蓿)的研究，研究主要聚焦於基礎遺傳學與共生固氮的分子遺傳模型，是全球極少數首批開創並推動將桶實苜蓿作為豆科模式系統的先驅科學家之一。
轉任UC Davis後，Cook並未停止模式豆科植物的基礎研究，而是逐漸把長期累積的豆科遺傳學、共生作用及基因體研究能力，擴展到對糧食與人類營養更重要的鷹嘴豆(Cicer arietinum)。
二、 國際鷹嘴豆基因組計畫
他與印度國際半乾旱熱帶作物研究所(ICRISAT)的Rajeev K. Varshney展開合作。ICRISAT的核心作物之一就是鷹嘴豆，因此具有印度、南亞、非洲以及其他鷹嘴豆生產國的種原與育種合作網絡。
他們兩人共同構思並主持「鷹嘴豆基因組定序」的大型國際計畫，結合ICRISAT、UC Davis、中國深圳華大基因(BGI-Shenzhen)、加拿大Saskatchewan大學的作物發展中心(Crop Development Centre，CDC)，以及美國、印度、西班牙、澳洲、德國、捷克等多國研究機構的力量。
這項國際合作具有高度分工的特色：ICRISAT提供鷹嘴豆種原、育種經驗及國際農業研究網絡；UC Davis具備豆科遺傳與基因體研究能力；BGI則大量參與DNA定序、基因組組裝與生物資訊分析；其他研究團隊分別負責遺傳與物理圖譜、基因組定位、基因功能註解、比較基因體，以及種原遺傳多樣性分析等工作。
研究團隊以kabuli型栽培品種 CDC Frontier 建立鷹嘴豆的基因組草圖序列(draft genome sequence)，並對29個栽培鷹嘴豆優良品種或育種系進行全基因組重定序(whole-genome resequencing)；此外又以定序基因分型(genotyping-by-sequencing)等方法分析61份種原，其中包括野生近緣種，評估栽培種與野生近緣種的遺傳多樣性。
這些工作建立了超大量的單核苷酸多型性(single nucleotide polymorphism, SNP)等遺傳變異資料，使研究者得以在全基因組尺度比較不同栽培品種與野生種的遺傳差異，並為後來的遺傳圖譜、分子標誌選拔及基因體選拔等技術奠定基礎。
Varshney, R. K., Song, C., Saxena, R.K. et al., 2013 Draft genome sequence of chickpea (Cicer arietinum) provides a resource for trait improvement. Nature Biotechnology, 31: 240–246. https://www.nature.com/articles/nbt.2491
三、 從野生鷹嘴豆找回遺失的遺傳多樣性
2013年的研究也進一步顯示，鷹嘴豆栽培種經歷長期馴化與育種之後，形成相當狹窄的遺傳基礎；相較之下，野生近緣種仍保存許多栽培鷹嘴豆所缺少的遺傳變異。
因此Cook開始構思，能否從野生近緣種把失去的遺傳多樣性重新找回來放到栽培品種。其團隊從 2014年起開始系統研究土耳其東南部的野生鷹嘴豆，包括栽培鷹嘴豆的近緣種 C. reticulatum 與 C. echinospermum。透過栽培品種與野生種雜交，建立大量的遺傳族群，然結合後基因體分析與表型體鑑定，整理出基因型與重要農藝性狀之間的關聯，來發掘野生鷹嘴豆中可供育種利用的遺傳變異。
四、 大學生研究計畫意外發現高蛋白性狀
真正把這些基礎研究引向「高蛋白鷹嘴豆」的契機，卻是一個規模很小的研究。
Cook想到，既然實驗室已累積大量不同的鷹嘴豆種原與野生種衍生材料，除了傳統農藝性狀之外，這些材料的種子營養成分是否也存在很大的遺傳變異？
於是他設計了小型研究計畫給大學生去做，測定各種原的種子蛋白質含量。結果出乎預料，不同種原之間的蛋白質含量具有相當大的差異。
這項看似簡單的表型鑑定，使Cook意識到：原先主要為遺傳學、野生種利用及農藝性狀研究而建立的材料，也可能蘊藏育成高蛋白質鷹嘴豆的巨大潛力。
五、 高蛋白質鷹嘴豆的雜交育種
因此在2015年，研究團隊就以NCP-002作為母本、NCP-001為父本進行人工雜交，進行後代自交系的篩選。
母本來自與Cook團隊關係很深的加拿大的作物發展中心(CDC)，其中NCP-002就是CDC育成的desi型栽培品種 ’ CDC Consul’，但NCP-001的來源未明，但應該是Cook團隊某野生種與栽培種的雜交後代。
2015年的雜交完成後，研究團隊經過多代自交與選拔，使不同基因重新組合並逐漸固定，從大量分離後代中尋找兼具良好農藝性狀與高蛋白潛力的材料。
六、 基因體資源如何協助育種？
這項育種工作建立在Cook團隊多年累積的鷹嘴豆種原、遺傳學、基因體與表型體研究基礎上。
2013年以後所建立的大量DNA序列與SNP資料，使鷹嘴豆育種不再只能依靠肉眼觀察田間性狀，而可以利用生物資訊學及計算方法分析基因型資料，並將其與蛋白質含量、成熟期、抗病性等表型資料結合。這些資源也為後來的分子育種、基因體選拔(genomic selection)與預測育種(predictive breeding)創造條件。
團隊還發展出結合計算生物學、分子育種與快速世代育種(speed breeding)的育種平台，以提高選拔效率並縮短新品種開發時間。
七、 NuCicer創新公司與新品種的育成
Douglas Cook與女兒 Kathryn Cook，以及實驗室以前的博士後研究員 Brendan Riely，在2019年成立創新公司NuCicer。
UC Davis Office of Research 2023 UC Davis Researchers Capitalize on Important Agricultural Traits Discovered in Wild Chickpeas. https://research.ucdavis.edu/uc-davis-researchers-capitalize-on-important-agricultural-traits-discovered-in-wild-chickpeas
三人的專長具有很強的互補性。Cook教授提供數十年累積的豆科遺傳學、鷹嘴豆基因體、野生種原與育種研究基礎；Riely的背景是植物科學研究，投入公司的研發與育種；Kathryn Cook則具有工程、技術及產品開發管理經驗，負責把學術研究成果進一步轉變成可商品化的技術與產品，並擔任公司CEO。
公司名稱 NuCicer 可以理解為「新鷹嘴豆Nu/New＋Cicer」。
NuCicer創業初期也得到 UC Davis生命科學創新中心的支持，並吸收UC Davis體系培養的學生及博士後研究人員。
美國Foundation for Food & Agriculture Research (FFAR)在2020年提供NuCicer 50萬美元研究經費，配合等額資金，使整體計畫達到100萬美元規模。
NuCicer公司成立後，2020年就在Davis校區的小區田間試驗，第一次正式進襲後代的評估、選拔。其後的世代則更在其他面積更大的試區進行，終於在2022年8月選定出NC-001。2023年大量繁殖NC-001，並在不同地點進行較大規模的田間試驗，評估其產量、株型、株高、開花期、成熟期及種子成分等性狀。
在綜合農藝性狀篩選之後，選出特性穩定的高蛋白品系’NC-001’，並申請實用專利，以保護該新品種及相關權利。專利所報告的多次田間試驗資料顯示，’NC-001’平均種子蛋白質含量約達31.5%，明顯高於一般商品鷹嘴豆。
八、 結論
這個故事不在描述某一項特別先進的育種技術，而是指出二、三十年的基礎研究如何逐步累積成可以育種利用的種原、基因體與表型體資源，最後因一次看似簡單的蛋白質表型調查，找到新的育種方向，並轉化成商業新品種。
故事有基本功，也有因緣際會的插曲，不過除了研究者的功夫，國際合作的助力，以及大學育成中心的協助，都是高蛋白質鷹嘴豆成功育成的致因。
NuCicer高蛋白鷹嘴豆的育成，顯示現代育種的突破未必始於特定商品性狀，而可能來自長期累積的種原、基因體與表型研究。對我國而言，與其直接仿效其高蛋白育種，更值得借鏡的是建立多樣化種原、利用既有全球基因體資訊、加強本土環境的表型鑑定，再透過分子及預測育種進行性狀重組。特別是Rajeev K. Varshney等人在2021年發表論文，進一步將研究規模擴大至3,366份全球種原，建立鷹嘴豆遺傳變異圖譜與泛基因組，並提出單倍型育種、基因體預測等實際育種策略，使鷹嘴豆研究由「建立參考基因組」進一步走向「利用全球基因體多樣性進行精準育種」，更是站在前人肩膀的好機會。
Varshney, R. K., Roorkiwal, M., Sun, S. et al. 2021 A chickpea genetic variation map based on the sequencing of 3,366 genomes. Nature 599: 622–627. https://www.nature.com/articles/s41586-021-04066-1
以鷹嘴豆為例，應優先育成適應台灣亞熱帶環境的早熟、耐濕熱、抗病及適合機械化品種，再結合高蛋白與加工品質，並從育種階段即連結食品加工與市場需求，才可能建立真正具有台灣特色的新作物產業。
這套模式其實不只適用鷹嘴豆；紅豆、綠豆、大豆、小米、高粱、蕎麥等雜糧，乃至地方蔬菜種原的利用，都可以參考這條路重新思考。
