研究成果

本研究中心在第一期(107-111年)執行期間，共計發表349篇學術期刊SCI論文，五年成長率為351%；其中屬於高質量論文(Q1或IF>4.0)論文數為212篇，五年成長率為500%、國際合作發表論文數110篇，五年成長率為450%。又以發表在Cell (2019; IF=41.582;封面故事)、Nature Communications (2020; IF=12.121; Science.CA特別報導)、Microbiome (2020; IF=14.350)、Developemtal Cell (2020; IF=13.417)、Molecular Nutrition & Food Research (2021; IF=6.575;封面故事)等研究成果，廣受重視，成績斐然。

• 新穎促鈣吸收及骨質新生的KFP-1胜肽之結構與功能藥理功能研發

本團隊利用Kefir grain共生發酵水解牛乳或羊乳蛋白產製許多具生理功能的短胜肽，經多年努力找到一條具有促進腸道鈣離子吸收的小分子乳胜肽，命名為「KFP-1小胜肽」。透過分子機制研究確認KFP-1會結合鈣離子，經特殊的TRPV6鈣離子通道由腸道乳糜管上皮細胞吸收，循環到全身骨骼，促進成骨細胞的骨質新生，有效治療各種年齡層不同成因的骨質疏鬆症，包括高齡婦女或男性的骨鬆症、血友病罕遺傳疾病誘發的骨鬆症、以及維生素C缺乏高氧化壓力的年輕族群之骨鬆症。研究論文「KFP-1, a novel calcium-binding peptide isolated from Kefir, promotes calcium influx through TRPV6 channels」，傑出成果發表於2021年11月 24日出版的「Molecular Nutrition & Food Research」期刊，並獲選為當期封面故事的主題，代表研究團隊在胜肽藥理研究的實力。

• 促進畜禽健康的益生菌研發與腸道微生物之研究

本團隊研發酵母菌葡萄糖誘導表現平台及酵母菌表面呈現系統，表現消化酵素及討探討兩種益生菌配合植酸酶發酵生產之益生菌粉添加於肉雞之飼糧。在臨床試驗，發現小豬飼料添加耐高溫及耐酸鹼之脂肪酶，在人工乳期間、保育及肥育期間日增重、採食量、生長速度、毛色亮度、豬隻整齊度及健康程度顯著優於對照組。另外，益生菌試驗分為對照組、添加0.1 % 酵母菌發酵菌粉組、0.1 % 米麴菌發酵菌粉及0.05 % 酵母菌發酵菌粉 + 0.05 % 米麴菌發酵菌粉等4組。每欄含20隻肉雞(每個處理3重複)。結果顯示使用釀酒酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)或米麴菌(Aspergillus oryzae)之益生菌粉以0.1 %之比例單獨或混合添加於肉雞飼料中。結果顯示益生菌粉可改善肉雞腸道絨毛高度，以米麴菌粉效果較佳，肉雞之白血球(WBC)濃度有顯著的上升。添加益生菌粉後，其尿酸(uric acid, UA)濃度與對照組相比有顯著的下降。所有益生菌組均可作為功能性飼料添加劑，因可增強絨毛:隱窩比率並降低炎症相關的mRNA表達，此一研究成果具產業化價值，目前已技轉給廠商。  

• 魚類逆境適應及生理調控研究平台之水產健康評估

本子計畫建立魚類逆境適應環境及生理調控研究平台，與子計畫三「促進健康之益生菌研發與腸道菌相研究」密切合作，首先完成重要經濟魚種金目鱸養殖在海水與淡水中的腸道結構、組織解剖學與菌相分析比較。隨後於今年完成中興大學首座室內AI監控循環過濾養殖房，將以此研究平台進一步探討添加本研究中心成員研發之益生菌飼料、胜肽及酵素飼料添加物產品對於養殖金目鱸、虱目魚等重要養殖魚類之生長與抗逆境影響與作用機制。

• 鳥禽基因編輯產製平台之新育種技術開發

本研究團隊開發CRISPR/Cas9基因編輯技術應用於動物細胞已相當成熟。基因編輯的幹細胞可用於產製基因轉殖小鼠、基因剔除小鼠、而會造成早期致死缺陷的基因改造，也可以藉由基因嵌合體小鼠的方式來進行分析。相較於基因編輯小鼠如火如荼的進展，基因編輯家禽的產製則相對顯得緩慢。我們發現最主要的原因在於：由帶有基因修飾的生殖幹細胞所產生的配子，無法有效率的轉變為帶有基因修飾的個體。因此本計畫團隊的研發主軸便聚焦於「外源PGC移植再生技術」，讓異體生殖細胞移植後，能分化成為具有功能性的配子，且降低內源性生殖細胞配子的比例，提升由外源性生殖細胞配子所產生子代的比例。由於雞的睪丸有極強的再生能力，我們利用此特點，在睪丸再生初期，去除內源性生殖幹細胞；讓再生成功的睪丸內所帶有的生殖幹細胞，絕大多數為外源性生殖細胞。以土雞和來亨蛋雞為材料，由於來亨雞的毛色為顯性白，在與土雞的母雞交配時其子代的毛色為白色，而小雞為黃色；而如果父系是土雞，則小雞為褐色。 我們以土雞睪丸為再生的材料，植入外源性來亨雞生殖幹細胞。目前已成功產生出五隻嵌合體公雞，而其子代中有33%~ 65%為由來亨雞精子所產生之子代。此一突破性成果有助於培育鳥禽新品種。

• 鳥禽年輕睪丸細胞具有促使老年睪丸組織獲得重組生精小管的能力

本研究中心首次證明鳥禽雄性睪丸的再生能力僅存在於年輕睪丸內。為了測試年輕的睪丸組織是否可以改善老雞睪丸組織的再生能力，我們將年輕的睪丸組織和DiI標記的老雞睪丸組織打散並混合在一起共培養三天，培養三天後觀察發現單獨的老雞睪丸同齡組織共培養幾乎沒有增殖細胞和細精小管的結構。然而，與年輕睪丸組織共培養的老雞睪丸組織卻可以再度重組成生精小管的結構，並有細胞增生。這表明年輕的睪丸組織可以通過細胞-細胞連接或旁泌因子的分泌來維持老雞的睪丸組織細胞的增殖和結構。此外，我們在年輕的生精小管中發現了DiI標記的生殖細胞（CVH +），這代表老雞的生殖細胞可以在重組的年輕生精小管和老雞的生精小管中繁殖並存活。老細胞可以在年輕組織的幫助下重塑腎小管結構。通過該結果，我們發現年輕的睪丸組織不僅保持了老雞的睪丸結構，而且還改善了老雞睪丸細胞重整的生精小管。此一成果已投稿至頂尖學術期刊中。

• 鳥禽羽毛之生物物理學研究及仿生科技應用

本研究中心囊括生物物理的跨領域教師，參與計畫的執行重點為利用已開發之QMorF形態場量化分析平台，進一步進行跨領域探討羽軸結構順應環境的生物力學/物理原理、功能形態連結、演化趨勢、以及結構設計的巧妙法則。重要研究成果包括：(1) 探究羽毛分枝（羽軸、羽枝、羽小枝）之演化與發育機制，及其形態多樣性與空間變異之生物力學與功能效應。(2) 發表QMorF分析系統之方法學，有助於更廣泛應用於分析其他具胞狀結構的生物組織或材料。(3) 於2021年動物行為、生態、暨環境教育研討會發表之「藉綠頭鴨及土雞廓羽之脫水實驗探討鳥類廓羽的形態恢復機制」獲生物學組壁報競賽佳作。(4) 最新成果「鳥類飛羽的形態與力學不對稱性影響其功能表現」將於2022年動物行為與生態學研討會中發表。

• 鳥禽遺傳資源保種與演化

雞為重要之生物資源，在農業上，叢林野雞經過馴化之後，雞蛋、雞肉已成為當今人類重要的動物性蛋白質來源，全球一年生產超過200億隻雞以及1兆2千億枚雞蛋；在科學研究與生物技術產業上，雞同樣具有極高之價值。野雞起源於東南亞，家雞是由野雞馴化而來，經歷一連串的遷徙與馴化過程，一些突變基因被保留了下來，形成現今許多品種的重要特徵。雞隻外貌多樣性包括皮膚顏色、雞冠形態、羽毛顏色、羽毛圖案、羽毛結構與分佈等。本中心成員陳志峰教授承接李淵百老師自1982年開始進行地方鷄種之保種與育種長達40年，目前保有22個土雞品種（系）以及近千個體之DNA 。遺傳資源在科學應用上，多樣化之羽毛顏色與圖案，提供了探索鳥類羽色圖案形成之分子機制的動物模式。由毛囊再生過程已證明黑色素幹細胞於毛囊底部呈水平環狀排列，而隨著羽毛之生長做出二維的圖形，再加上周圍組織可能的調控機制，因此形成了美麗又複雜的羽毛圖案 。產業應用上，因為消費者習慣以腳脛顏色、羽毛顏色或是皮膚顏色辨別雞隻種類。因此，應用已知之外貌基因，經由配種系統滿足產業需求，並可做為種雞場種原保護之工具。

• 台灣藍鵲的優雅身影及羽毛發育研究榮登Cell期刊封面 

本研究中心的六位成員鄭旭辰老師(生科系)、唐品琦主任、陳志峰老師(動科系)、吳平老師(USC)、阮文韜(中醫大)及鍾正明院士(USC)的團隊，在教育部的資源挹注下，歷經多年的努力利用新穎的統計量化分析方法，找出不同形態羽軸的結構和力學性質之差異，解析羽軸中髓質多孔結構的形態分布，並整合羽軸皮質硬殼的幾何與材料量測，發現羽軸將角蛋白集成輕而強韌的複合材料的巧妙策略。成果亮點為：(1) 解析羽毛結構形態發生的生物結構原理，及 (2) 解答飛羽兩大功能性模組:羽軸和羽片之結構優化策略及其如何因應生態挑戰。此重大研究成果刊登在2019年11月出刊的Cell《細胞》期刊中，並獲選為當期的封面故事（Cell 179(6), 1409-1423）。團隊成員從分子和細胞生物學角度切入，從羽管形成的不同時間點上採集生長途中的羽毛樣本，並對樣本組織進行次世代定序轉錄組分析，找出與羽側支的末端羽鉤生成相應的基因表達和訊號傳遞。同時以免疫染色學方法檢查羽側支的細胞形態生物訊息分子的表達，發現羽管中真皮乳突組織裡的非對稱WNT信號的表現，是控制羽側支形成小羽支細胞形態的關鍵，當外加的WNT-2b在真皮乳突組織前半部時，會在羽管細胞中觀察到僅有片羽才有的羽鉤特化形態生成，顯示WNT訊號可調控不同形態羽片的生成機制。

• 建構禽流感仿病毒之新穎動物健康監測平台

由於各種動物包括鳥禽疾病相當繁多，這些病原也是人類疾病的重要來源，但目前沒有廣泛可行的檢測方法，本研發團隊建立高效率以及涵蓋性廣的動物疾病監測平台，並聚焦在鳥禽疾病，以利減緩鳥禽損失並可控制疾病傳播。已成功用桿狀病毒將血球凝集素展示到昆蟲細胞上，並證明可以用來檢測血液中的流感抗體。我們也用桿狀病毒將Neuraminidase（神經氨酸酶）展示在桿狀病毒上成為仿病毒，以便檢測血液中的流感抗血清。我們已經將流行性感冒病毒的18型血球凝集素以及9型的神經氨酸酶展示在桿狀病毒上為仿病毒。前者稱為HA-Bac，後者稱為NA-Bac，以便分析被不同流行性病毒感染後的動物之抗血清。由於雞隻生產關係到民生經濟，而雞隻又容易受到流感感染，導致肉雞減產或雞蛋嚴重缺乏。流感的檢驗本來就已經是全球都在進行的工作，但一般都是用流感病毒本身當抗原做檢測，由於流感本身有傳染性，因此相當危險難做，而且檢測都只限於常見的幾個血清型。但流感有很多血清型，每種血清型感染人畜各有不同的專一性或嚴重性。如H5N1或H7N9會從鳥禽感染到人類，一旦被感染會有很高的致命性。因此我們建立用桿狀病毒展示血球凝集素或神經氨酸酶，建立一個安全的病毒相關抗血清的分析平台，比原來常用的檢測系統更加完善與高效率。