番(fan)茄等(deng)蔬菜瓜果為(wei)何味道變差了？中(zhong)國(guo)農科院研(yan)究人員又(you)是通過什么神奇的方法培育出了好吃的番(fan)茄品種？

　　西(xi)紅(hong)柿(shi)味(wei)道不如以前(qian)，是因(yin)為育(yu)種過程中(zhong)丟失了控制風(feng)味(wei)品質的部分(fen)基因(yin)

　　番茄(qie)，又稱西紅柿，原產于南美洲，大約明(ming)朝傳入(ru)我國。它適應性(xing)廣、產量(liang)高、營養(yang)豐富、風(feng)味獨特，是世界范(fan)圍內廣泛(fan)種植(zhi)的第一大蔬菜作(zuo)物。據聯合國糧農組織統計，2014年全球(qiu)番茄(qie)產值達962.8億美元。我國以鮮食番茄(qie)為主(zhu)，更加注重風(feng)味品質。

　　據中國農(nong)業(ye)科學(xue)院農(nong)業(ye)基因組研究所副所長黃三(san)文介紹(shao)，我們現(xian)在吃到的(de)番(fan)(fan)茄都(dou)是由(you)野(ye)生(sheng)醋栗番(fan)(fan)茄馴化(hua)后的(de)品種，野(ye)生(sheng)番(fan)(fan)茄果實非常小，只有1—2克重，經過人工的(de)長期馴化(hua)，現(xian)代栽培番(fan)(fan)茄的(de)果重是其祖先的(de)100多倍(bei)。

　　黃三文說，番(fan)茄(qie)味道不如以前，是由于在(zai)現代(dai)育種過程(cheng)中(zhong)(zhong)過于注重(zhong)產量、外(wai)觀(guan)等(deng)指標，雖然產量大了(le)、長得好看了(le)，卻使控制風(feng)味品(pin)質(zhi)的部分(fen)基因位(wei)點丟失。研究結果表(biao)明，番(fan)茄(qie)中(zhong)(zhong)的13種風(feng)味物質(zhi)含(han)量在(zai)現代(dai)番(fan)茄(qie)品(pin)種中(zhong)(zhong)顯著降低，從而改變了(le)番(fan)茄(qie)口(kou)感。

　　能(neng)(neng)不能(neng)(neng)利用現代技(ji)術手段(duan)，培育出好看又(you)好吃的(de)(de)西紅柿？黃三文想到了基因(yin)組編輯(ji)技(ji)術。從源頭做起，先找(zhao)出影響番(fan)茄(qie)口味(wei)的(de)(de)“基因(yin)密碼(ma)”。“我們的(de)(de)味(wei)蕾(lei)一直想找(zhao)回的(de)(de)老口味(wei)兒就躲(duo)藏在‘基因(yin)密碼(ma)’里(li)，一旦找(zhao)到決定番(fan)茄(qie)風味(wei)的(de)(de)相(xiang)關基因(yin)，問題就會(hui)迎刃而解。”黃三文說。

　　2012年，黃(huang)三文帶(dai)(dai)領團(tuan)隊參與了(le)番(fan)(fan)茄(qie)基(ji)因組測序項目，破(po)解了(le)擁有9億個(ge)堿基(ji)對(dui)的(de)(de)番(fan)(fan)茄(qie)全基(ji)因組圖譜(pu)，其相關研究(jiu)成(cheng)(cheng)果(guo)發(fa)表在權(quan)威學(xue)術期刊《自然》雜志上(shang)。2014年，黃(huang)三文帶(dai)(dai)領的(de)(de)團(tuan)隊與國內多個(ge)從事番(fan)(fan)茄(qie)研究(jiu)的(de)(de)團(tuan)隊一起揭開了(le)番(fan)(fan)茄(qie)果(guo)實由小(xiao)到大(da)的(de)(de)人工馴化過(guo)程(cheng)，即：野生醋栗番(fan)(fan)茄(qie)產(chan)生櫻桃番(fan)(fan)茄(qie)，最終形成(cheng)(cheng)大(da)果(guo)栽培番(fan)(fan)茄(qie)。同時，他們構建了(le)番(fan)(fan)茄(qie)基(ji)因組變異圖譜(pu)，發(fa)現了(le)1200萬個(ge)基(ji)因組變異的(de)(de)數(shu)據(ju)。2017年1月，黃(huang)三文團(tuan)隊終于破(po)解了(le)番(fan)(fan)茄(qie)風味基(ji)因密碼，國際頂級學(xue)術期刊《科(ke)學(xue)》以封面文章的(de)(de)形式報(bao)道了(le)這一科(ke)研成(cheng)(cheng)果(guo)。

　　“為了(le)(le)鑒(jian)定番(fan)茄種(zhong)質(zhi)中的(de)優良基(ji)因(yin)(yin)，我們(men)對世界范圍內400份代表性(xing)的(de)番(fan)茄種(zhong)質(zhi)進行(xing)了(le)(le)全基(ji)因(yin)(yin)組(zu)測(ce)序和(he)多點多次的(de)表型鑒(jian)定。利用全基(ji)因(yin)(yin)組(zu)關聯分(fen)(fen)析和(he)連鎖分(fen)(fen)析，最終鑒(jian)定了(le)(le)影(ying)響(xiang)33種(zhong)風(feng)味物(wu)質(zhi)的(de)200多個主效的(de)遺傳位點。”該(gai)論文并列第(di)一作者(zhe)、中國農科院(yuan)基(ji)因(yin)(yin)組(zu)研究所祝光(guang)濤(tao)博(bo)士(shi)說(shuo)，研究發現，其中有2個基(ji)因(yin)(yin)控(kong)制了(le)(le)番(fan)茄的(de)含糖量，5個控(kong)制了(le)(le)酸含量。

　　研究還(huan)發(fa)現，檸檬(meng)酸(suan)和蘋果酸(suan)是(shi)番茄(qie)中(zhong)的(de)主要酸(suan)類物質，檸檬(meng)酸(suan)能提(ti)高(gao)西紅(hong)柿風味(wei)，但蘋果酸(suan)降低風味(wei)，研究人員由此找(zhao)到了降低蘋果酸(suan)、提(ti)高(gao)檸檬(meng)酸(suan)含量的(de)技術路線(xian)。

　　從(cong)理論上說，任何風味的番茄都可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)基(ji)因組編輯(ji)技術實(shi)現

　　基因組(zu)編輯技術(shu)為何(he)如此神奇？

　　黃三文說，基因組是一個物種所有遺傳信息的總和，新一代基因組技術被認為是驅動未來經濟的顛覆性創新技術。2002年中國科學家發表的水稻基(ji)因(yin)組(zu)，推動了基(ji)因(yin)組(zu)學(xue)在(zai)農業育(yu)種上的應(ying)用。基(ji)因(yin)組(zu)編輯(ji)技術則是基(ji)因(yin)組(zu)學(xue)快速(su)發展的直接產物。如同要編出暢銷書(shu)或(huo)好(hao)新聞首(shou)(shou)先(xian)要仔(zi)細閱(yue)讀原稿一樣，要想(xiang)更好(hao)地應(ying)用基(ji)因(yin)組(zu)編輯(ji)技術，首(shou)(shou)先(xian)要閱(yue)讀基(ji)因(yin)組(zu)、讀懂基(ji)因(yin)組(zu)。

　　黃三文介紹，基(ji)(ji)因(yin)(yin)組編輯技(ji)術(shu)是(shi)當前生命(ming)科(ke)學研究的(de)(de)前沿領域(yu)，利用該技(ji)術(shu)，科(ke)學家能夠對目標(biao)基(ji)(ji)因(yin)(yin)進行定(ding)點敲除或插入，從而獲(huo)得對人類有益的(de)(de)性狀。其中，CRISPR/Cas9技(ji)術(shu)因(yin)(yin)其編輯效(xiao)率高、操(cao)作簡易等特(te)點，成為當前生物研究炙手可熱(re)的(de)(de)研究工具(ju)——他們發現并(bing)改(gai)進西紅(hong)柿口味就是(shi)用的(de)(de)這種技(ji)術(shu)。

　　他舉例(li)說(shuo)，日常食用的(de)番茄(qie)有紅(hong)果(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)和粉果(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)兩種，紅(hong)果(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)番茄(qie)硬(ying)度(du)大耐儲運，但口味(wei)較差(cha)；粉果(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)番茄(qie)顏值(zhi)高(gao)、風(feng)味(wei)佳，但卻有不易儲存(cun)的(de)缺點。因(yin)此(ci)，傳統的(de)育種主要集中在紅(hong)果(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)番茄(qie)上(shang)，優質粉果(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)番茄(qie)品種較少。黃三文團隊(dui)利(li)用基因(yin)組編輯技術，將控制番茄(qie)果(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)實顏色、口味(wei)等(deng)的(de)基因(yin)進行了編輯，僅用了10個月的(de)時(shi)間(jian)就(jiu)獲得了耐儲運、風(feng)味(wei)佳的(de)粉果(guo)(guo)(guo)(guo)(guo)番茄(qie)。

　　“從理論(lun)上來說，未來人們(men)想(xiang)吃什么(me)風(feng)味的(de)番(fan)茄(qie)，都(dou)可以通過(guo)基因組編輯技術來實現。”

　　黃三文介紹說，他們團(tuan)隊與合(he)作(zuo)者(zhe)已經培育出含(han)糖(tang)量提高的(de)(de)西紅柿新品種。下一步，將進一步提高有益揮發性物質(zhi)的(de)(de)含(han)量，培育出更美味(wei)(wei)的(de)(de)西紅柿品種，力爭恢復(fu)西紅柿原(yuan)有的(de)(de)風味(wei)(wei)。

　　通過基(ji)因組編輯技術，可以大大提(ti)高饅頭或米飯(fan)中直鏈淀粉的比例，從而造福糖尿病人

　　在農作物育種領域，基因組編輯技術的作用不只是用在西紅柿上。黃三文說，基因組編輯技術大大提高了作物的育種進度，通過“編輯”基因，一些小麥、水稻、玉米、馬鈴薯等作物新品(pin)系也(ye)相繼問世。

　　國家“十(shi)三五”七大作物育種(zhong)(zhong)專(zhuan)項(xiang)首席科學(xue)(xue)家、農(nong)業(ye)部作物基(ji)因(yin)資源與種(zhong)(zhong)質創(chuang)制重(zhong)點(dian)實驗室主任張學(xue)(xue)勇研究員說(shuo)，基(ji)因(yin)組(zu)編輯(ji)技(ji)術(shu)在農(nong)業(ye)領(ling)域前景廣闊。“與物理或(huo)化學(xue)(xue)誘變(bian)育種(zhong)(zhong)相比，基(ji)因(yin)組(zu)編輯(ji)技(ji)術(shu)可以更(geng)準確、更(geng)精細地改變(bian)生物體(ti)內有(you)機大分子的合成速度和方向，是一種(zhong)(zhong)精準育種(zhong)(zhong)技(ji)術(shu)。”

　　張學勇說，饅(man)頭或(huo)者米飯中存在兩(liang)種淀(dian)粉(fen)(fen)(fen)，即(ji)直(zhi)(zhi)鏈淀(dian)粉(fen)(fen)(fen)和支(zhi)鏈淀(dian)粉(fen)(fen)(fen)。其中支(zhi)鏈淀(dian)粉(fen)(fen)(fen)很容易水解為葡萄糖(tang)，而(er)直(zhi)(zhi)鏈淀(dian)粉(fen)(fen)(fen)降解成為葡萄糖(tang)的(de)(de)速(su)度(du)則緩慢許多。通過基因(yin)(yin)編輯(ji)技術，可以敲(qiao)除或(huo)減弱支(zhi)鏈淀(dian)粉(fen)(fen)(fen)合成的(de)(de)基因(yin)(yin)的(de)(de)活性，增(zeng)加直(zhi)(zhi)鏈淀(dian)粉(fen)(fen)(fen)的(de)(de)比例(li)，使(shi)直(zhi)(zhi)鏈淀(dian)粉(fen)(fen)(fen)的(de)(de)比例(li)從百分之(zhi)十(shi)幾(ji)提高到60%—70%，這(zhe)樣就能(neng)有效控制(zhi)糖(tang)尿病(bing)人飯后(hou)血糖(tang)迅(xun)速(su)上升的(de)(de)情況，造福(fu)糖(tang)尿病(bing)人。

　　張學勇介紹，通過基因組編輯技術，還可以改變大豆、油菜等作物籽粒中油的成分比例，增加亞麻酸、亞油酸等優良成分的比重，利于健康和長壽。該技術還能讓棉花纖維更細更長，增加(jia)優(you)質(zhi)棉比例，增加(jia)棉農收入(ru)。此外，它還能改變(bian)玉米、水稻等作物的(de)葉片(pian)夾(jia)角，更有利于密植以達(da)到高(gao)產的(de)目的(de)。“基因組編(bian)輯技術還能控制(zhi)花(hua)卉的(de)顏色，創造出一些自然(ran)界還沒有的(de)蘭花(hua)、牡丹花(hua)的(de)顏色，提高(gao)花(hua)卉品(pin)質(zhi)，滿足不(bu)同人群需要。”

　　張學勇認為，未來利用基因組編輯技術還可以根據人們的需要，改變許多農產品的風味、顏色，延長農產品的貨架期，為現代農業發展注入強大的科技動(dong)力，更好地造福人類。