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中国破解番茄风味基因密码,想吃啥都可编辑
发稿时间:2017-06-07 18:01:40   来源:网络

你可能常听到这样的吐槽:现在番茄种类很多,也更大更好看,但却不如过去好吃了。别着急,好消息来了:不久前,中国农业科学院农业基因组所研究人员培育出了一批番茄新品种,口味就比之前的好多了。

番茄等蔬菜瓜果为何味道变差了?中国农科院研究人员又是通过什么神奇的方法培育出了好吃的番茄品种?

西红柿味道不如以前,是因为育种过程中丢失了控制风味品质的部分基因

番茄,又称西红柿,原产于南美洲,大约明朝传入我国。它适应性广、产量高、营养丰富、风味独特,是世界范围内广泛种植的第一大蔬菜作物。据联合国粮农组织统计,2014年全球番茄产值达962.8亿美元。我国以鲜食番茄为主,更加注重风味品质。

据中国农业科学院农业基因组研究所副所长黄三文介绍,我们现在吃到的番茄都是由野生醋栗番茄驯化后的品种,野生番茄果实非常小,只有1-2克重,经过人工的长期驯化,现代栽培番茄的果重是其祖先的100多倍。

黄三文说,番茄味道不如以前,是由于在现代育种过程中过于注重产量、外观等指标,虽然产量大了、长得好看了,却使控制风味品质的部分基因位点丢失。研究结果表明,番茄中的13种风味物质含量在现代番茄品种中显著降低,从而改变了番茄口感。

能不能利用现代技术手段,培育出好看又好吃的西红柿?黄三文想到了基因组编辑技术。从源头做起,先找出影响番茄口味的“基因密码”。“我们的味蕾一直想找回的老口味儿就躲藏在‘基因密码’里,一旦找到决定番茄风味的相关基因,问题就会迎刃而解。”黄三文说。

2012年,黄三文带领团队参与了番茄基因组测序项目,破解了拥有9亿个碱基对的番茄全基因组图谱,其相关研究成果发表在权威学术期刊《自然》杂志上。2014年,黄三文带领的团队与国内多个从事番茄研究的团队一起揭开了番茄果实由小到大的人工驯化过程,即:野生醋栗番茄产生樱桃番茄,最终形成大果栽培番茄。同时,他们构建了番茄基因组变异图谱,发现了1200万个基因组变异的数据。2017年1月,黄三文团队终于破解了番茄风味基因密码,国际顶级学术期刊《科学》以封面文章的形式报道了这一科研成果。

“为了鉴定番茄种质中的优良基因,我们对世界范围内400份代表性的番茄种质进行了全基因组测序和多点多次的表型鉴定。利用全基因组关联分析和连锁分析,最终鉴定了影响33种风味物质的200多个主效的遗传位点。”该论文并列第一作者、中国农科院基因组研究所祝光涛博士说,研究发现,其中有2个基因控制了番茄的含糖量,5个控制了酸含量。

研究还发现,柠檬酸和苹果酸是番茄中的主要酸类物质,柠檬酸能提高西红柿风味,但苹果酸降低风味,研究人员由此找到了降低苹果酸、提高柠檬酸含量的技术路线。

从理论上说,任何风味的番茄都可以通过基因组编辑技术实现

基因组编辑技术为何如此神奇?

黄三文说,基因组是一个物种所有遗传信息的总和,新一代基因组技术被认为是驱动未来经济的颠覆性创新技术。2002年中国科学家发表的水稻基因组,推动了基因组学在农业育种上的应用。基因组编辑技术则是基因组学快速发展的直接产物。如同要编出畅销书或好新闻首先要仔细阅读原稿一样,要想更好地应用基因组编辑技术,首先要阅读基因组、读懂基因组。

黄三文介绍,基因组编辑技术是当前生命科学研究的前沿领域,利用该技术,科学家能够对目标基因进行定点敲除或插入,从而获得对人类有益的性状。其中,CRISPR/Cas9技术因其编辑效率高、操作简易等特点,成为当前生物研究炙手可热的研究工具——他们发现并改进西红柿口味就是用的这种技术。

他举例说,日常食用的番茄有红果和粉果两种,红果番茄硬度大耐储运,但口味较差;粉果番茄颜值高、风味佳,但却有不易储存的缺点。因此,传统的育种主要集中在红果番茄上,优质粉果番茄品种较少。黄三文团队利用基因组编辑技术,将控制番茄果实颜色、口味等的基因进行了编辑,仅用了10个月的时间就获得了耐储运、风味佳的粉果番茄。

“从理论上来说,未来人们想吃什么风味的番茄,都可以通过基因组编辑技术来实现。”

黄三文介绍说,他们团队与合作者已经培育出含糖量提高的西红柿新品种。下一步,将进一步提高有益挥发性物质的含量,培育出更美味的西红柿品种,力争恢复西红柿原有的风味。

通过基因组编辑技术,可以大大提高馒头或米饭中直链淀粉的比例,从而造福糖尿病人