1、破譯西紅柿基因密碼
西紅柿，又稱番茄，是全世界栽培最為普遍的果蔬之一。美國(guó)、俄羅斯、意大利和中國(guó)為主要生產(chǎn)國(guó)。中國(guó)每年的西紅柿產(chǎn)量約為45萬(wàn)噸，美國(guó)每年的產(chǎn)量超過(guò)1500萬(wàn)噸，英國(guó)每年西紅柿的市場(chǎng)價(jià)值是6.25億英鎊。
西紅柿的老家在秘魯和墨西哥，原先是一種生長(zhǎng)在森林里的野生漿果。很早很早以前當(dāng)?shù)厝税盐骷t柿當(dāng)作有毒的果子，稱為“狼桃”，以為狼桃有毒，吃了狼桃會(huì)起疙瘩長(zhǎng)瘤子。16世紀(jì)，英國(guó)一名貴族到南美洲旅游，帶回了這種植物，并在歐洲流傳開來(lái)，但是，也只用來(lái)觀賞，無(wú)人敢食用。
17世紀(jì)，一位法國(guó)的畫家描摹西紅柿?xí)r又饑又渴，卻又沒有水和食物，就大膽地拿起一個(gè)西紅柿咬了一口，結(jié)果發(fā)覺這是一種又甜又酸還味道鮮美的果子。靜等了一會(huì)兒，畫家并沒有出現(xiàn)中毒現(xiàn)象，他就連吃了好幾個(gè)，發(fā)現(xiàn)西紅柿不僅比一般水果別有風(fēng)味，而且果汁又比一般水果要多，能生津解渴。由此，西紅柿作為一種果蔬流傳開來(lái)。
現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)破譯了西紅柿的基因組，通過(guò)對(duì)基因組的分析，希望能解開這種果蔬的產(chǎn)量、味道、顏色和形狀的奧秘。
來(lái)自美國(guó)康奈爾大學(xué)、英國(guó)諾丁漢大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家基因研究中心，以及阿根廷、比利時(shí)、法國(guó)、德國(guó)、印度、以色列、意大利等14個(gè)國(guó)家的300多名科學(xué)家通過(guò)多年的努力，首次對(duì)普通栽培西紅柿進(jìn)行了基因組測(cè)序，并在英國(guó)《自然》雜志上公布了西紅柿的基因組，此次測(cè)序的西紅柿品種為Heinz 1706。與此同時(shí)，美國(guó)冷泉港實(shí)驗(yàn)室的研究人員也完成了對(duì)野生型西紅柿的基因組測(cè)序。
對(duì)西紅柿的基因組測(cè)序發(fā)現(xiàn)，西紅柿共有約35000個(gè)基因，12條染色體。美國(guó)研究團(tuán)隊(duì)是由美國(guó)農(nóng)業(yè)部的詹姆斯·喬萬(wàn)諾尼領(lǐng)隊(duì)，他認(rèn)為這次研究幾乎捕獲了有關(guān)西紅柿各種特性，包括味道、天然抗蟲性以及營(yíng)養(yǎng)成分等的所有基因。對(duì)西紅柿基因組序列的分析，有助于農(nóng)業(yè)研究人員和生產(chǎn)者在今后培育人們喜愛的有更好口味和營(yíng)養(yǎng)的西紅柿。另一方面，西紅柿基因組信息也有助于在西紅柿栽培中降低成本、抗御病蟲害、抗干旱和抗瘟疫等，從而提高西紅柿的產(chǎn)量。
現(xiàn)在，研究人員對(duì)西紅柿基因組的初步分析發(fā)現(xiàn)，西紅柿基因組在大約60萬(wàn)年前突然擴(kuò)大，但大多數(shù)隨后消失。其中一些參與擴(kuò)展過(guò)程的基因也參與了控制西紅柿生長(zhǎng)和成熟的過(guò)程。這種基因組的擴(kuò)大與消失也有助于研究者們更深入研究為什么有些作物可以被改良，但另外一些作物不可以改良，從而在未來(lái)幫助人們擴(kuò)展可以被改良的作物種類。
今天，研究人員已經(jīng)對(duì)水稻、大麥、玉米、高粱、馬鈴薯、大豆、草莓、黃瓜、西瓜、葡萄和棉花等都進(jìn)行了基因組測(cè)序，未來(lái)也可以確定這些作物是否可以改良和可以作多大程度的改良。
由于西紅柿是茄科家族的成員之一，因此，英國(guó)研究人員所完成的西紅柿4號(hào)染色體序列也將對(duì)確認(rèn)西紅柿茄科親屬，如土豆、辣椒、茄子和矮牽牛等提供標(biāo)準(zhǔn)參考。從經(jīng)濟(jì)價(jià)值和產(chǎn)量來(lái)看，茄科家族是世界上最重要的蔬菜家族。
2、人工種植的西紅柿味道變差是因?yàn)橐粋€(gè)基因失活
現(xiàn)在，無(wú)論在中國(guó)還是國(guó)外，消費(fèi)者都覺得，現(xiàn)在的西紅柿味道不如以前鮮美和酸甜了，也就是西紅柿味少了。有的人把原因歸咎于轉(zhuǎn)基因西紅柿，因?yàn)樵缭?994年，美國(guó)就研究出了皮厚保鮮的轉(zhuǎn)基因西紅柿，后來(lái)陸續(xù)又有抗鹽轉(zhuǎn)基因西紅柿、抗干旱轉(zhuǎn)基因西紅柿和抗霜凍轉(zhuǎn)基因西紅柿等產(chǎn)品問(wèn)世。
但是，消費(fèi)者反映的并非是轉(zhuǎn)基因西紅柿，而是一般的傳統(tǒng)栽培的西紅柿，這是為什么呢?由于西紅柿基因組的破譯，研究人員認(rèn)為他們找到了原因，這就是控制西紅柿味道的基因發(fā)生了突變?，F(xiàn)在的西紅柿越來(lái)越漂亮，越來(lái)越鮮紅和艷麗，或許這樣的西紅柿還不如頂部有青色的西紅柿的味道更鮮美，因?yàn)楹笳叩暮橇扛?，而這就是由一種特定基因控制的。
美國(guó)加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的安·鮑威爾研究小組發(fā)現(xiàn)，野生西紅柿和人工栽培的西紅柿在顏色上有顯著不同，前者有深綠色的頂部，而后者沒有。于是，他們利用剛剛公布的西紅柿基因組來(lái)追蹤野生西紅柿與人工栽培西紅柿的不同。他們把野生西紅柿與人工栽培西紅柿進(jìn)行雜交，在西紅柿的10號(hào)染色體上確定了一個(gè)基因，稱為SlGLK2。這個(gè)基因是一個(gè)轉(zhuǎn)錄子，它能夠控制其他基因在何時(shí)和何地開啟或關(guān)閉。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在野生西紅柿中，SlGLK2能增加葉綠體的形成。葉綠體是植物細(xì)胞中進(jìn)行光合作用的部位。葉綠體通過(guò)自身的葉綠素來(lái)捕獲植物生長(zhǎng)所需的陽(yáng)光。由于野生西紅柿的葉綠體更多，使得野生西紅柿的顏色更綠。而且，葉綠體用它們捕獲的光能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為糖。所以，野生西紅柿的糖分比人工栽培的西紅柿多一些。
隨后，鮑威爾又分析了在美國(guó)超市中銷售的12個(gè)人工栽培的西紅柿品種，這些西紅柿有的來(lái)自亞洲，有的來(lái)自歐洲。奇怪的是，它們當(dāng)中的SlGLK2基因都發(fā)生了變化，從而讓這一基因失活。通過(guò)分析基因序列，鮑威爾等人找到了原因，原來(lái)其中有一個(gè)堿基序列發(fā)生了變化。對(duì)一段基因的堿基序列分析，發(fā)現(xiàn)本應(yīng)由7個(gè)腺嘌呤(A)構(gòu)成的片段只剩下了6個(gè)腺嘌呤。這一單個(gè)遺傳密碼的出錯(cuò)便造成了SlGLK2基因的突變和失活。
于是，研究人員向西紅柿嵌入一個(gè)完整的SlGLK2基因拷貝，結(jié)果這樣的西紅柿成熟后，其中的葡萄糖及果糖總量增加了40%。同時(shí)，用正常的SlGLK2基因生產(chǎn)出的西紅柿中的番茄紅素含量也顯著增加，后者是對(duì)人體健康有益的一種抗氧化劑。鮑威爾等人相信，西紅柿中更高的糖含量會(huì)讓西紅柿更美味可口，根本原因就在于SlGLK2基因是否起作用。
3、提前采摘也是影響西紅柿美味的重要原因
盡管美國(guó)研究人員提出SlGLK2基因的失活與否是西紅柿能否保持原汁原味的關(guān)鍵，但是，也有其他研究人員表示懷疑，因?yàn)?，即便是基因決定著西紅柿的味道，也可能不只一種基因在起作用，因此，需要對(duì)西紅柿的12條染色體、35000個(gè)基因作全面研究和分析之后才能確定到底是哪些基因在起作用，而目前公布的西紅柿基因組只提供了一個(gè)寬泛的信息。
另一方面，包括西紅柿在內(nèi)的很多作物的產(chǎn)品的味道不只是與基因有關(guān)，而且與栽培的土壤、日照、降雨、種植的時(shí)間等許多因素有關(guān)，同時(shí)與收獲、采摘和貯存運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間和方式有關(guān)。
美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)西紅柿遺傳學(xué)家大衛(wèi)·弗朗西斯認(rèn)為，大多數(shù)地方的西紅柿采摘都有一個(gè)時(shí)間提前量，即在西紅柿還是青澀的時(shí)候就采摘，然后貯存放置、運(yùn)輸，在這個(gè)過(guò)程中西紅柿才會(huì)慢慢變紅。所以，西紅柿的口味與這種采摘貯存方式有關(guān)。
在少則幾天多則幾十天的貯存和運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中，西紅柿還有一個(gè)成熟過(guò)程，這會(huì)影響淀粉向糖的轉(zhuǎn)化。同時(shí)，西紅柿果實(shí)中的糖約80%來(lái)自葉子，是在后來(lái)才轉(zhuǎn)移到果實(shí)中的。另外，栽培模式的不同也可能影響西紅柿的味道。例如，在野外種植的西紅柿和在溫室大棚里栽種的西紅柿味道就有不同。
