西紅柿基因與西紅柿的奧秘

西紅柿（又稱番茄、洋柿子、狼桃、番李子、金橘）是全世界栽培最為普遍的果菜之一，中國每年的西紅柿產量約為450萬噸，美國每年的產量超過1500萬噸，英國每年西紅柿的市場價值是6.25億英鎊。

破譯西紅柿基因組

西紅柿的老家在秘魯和墨西哥，原先是一種生長在森林里的野生漿果。很早很早以前當地人把西紅柿當作有毒的果子，稱為狼桃， 認為吃了狼桃會起疙瘩和長瘤子。16世紀，英國一名貴族到南美洲旅游，帶回了這種果子。此后西紅柿在歐洲流傳開來，但是，也只用來觀賞，無人敢食用。

17世紀，一位法國的畫家在描摹西紅柿時又饑又渴，畫室里又沒有解渴之物，就大膽地拿起一個西紅柿咬了一口，結果發覺這是一種又甜又酸還味道鮮美的果子。靜等了一會兒，畫家并沒有出現中毒現象，他就連吃了好幾個，發現西紅柿不僅別有風味，而且果汁也比一般水果要多，能生津解渴。由此，西紅柿作為一種果蔬流傳開來。

現在，研究人員已經破譯了西紅柿的基因組，通過對基因組的分析，希望能解開這種果蔬的產量、味道、顏色和形狀的奧秘。

來自美、英、中，以及阿根廷、比利時、法國、德國、印度、以色列、意大利等14個國家的300多名科學家通過多年的努力，首次對普通栽培西紅柿進行了基因組測序，并在英國《自然》雜志上公布了西紅柿的基因組，此次測序的西紅柿品種為Heinz 1706。與此同時，美國冷泉港實驗室的研究人員也完成了對野生型西紅柿的基因組測序。

對西紅柿的基因組測序發現，西紅柿共有約35000個基因，12條染色體。美國科學家認為這次研究幾乎捕獲了有關西紅柿各種特性，包括味道、天然抗蟲性，以及營養成分等的所有基因。對西紅柿基因組序列的分析有助于農業研究人員和生產者在今后培育人們喜愛的有更好口味和營養，如更甜和有更多番茄紅素的西紅柿。另一方面，西紅柿基因組也有助于降低西紅柿栽培的成本，增進西紅柿抗御病蟲害、抗干旱和抗瘟疫等的能力，從而提高西紅柿的產量。

現在，研究人員對西紅柿基因組的初步分析發現，西紅柿基因組在大約60萬年前突然擴大，但大多數基因隨后消失。其中一些參與擴展過程的基因也參與了控制西紅柿生長和成熟的過程。這種基因組的擴大與消失也有助于研究者更深入地研究為什么有些作物可以被改良，但另外一些作物不可以被改良，從而在未來幫助人們擴展可以被改良的作物種類。今天，研究人員已經對水稻、大麥、玉米、高粱、馬鈴薯、大豆、草莓、黃瓜、西瓜、葡萄和棉花等作物進行了基因組測序，未來也可以確定這些作物是否可以改良。

由于西紅柿基因組測序是不同國家的研究人員既分工又合作完成的，因此不同國家的研究人員完成的任務不一樣。英國的科學家承擔的是對西紅柿4號染色體的測序，他們完成的測序被視為世界上高質量的標準染色體序列。由于西紅柿是茄科家族的成員之一，因此，英國研究人員完成的西紅柿4號染色體序列也將對確認西紅柿茄科親屬，如土豆、辣椒、茄子和矮牽牛等提供標準參考。從經濟價值和產量來看，茄科家族是世界上最重要的蔬菜家族。

西紅柿味為何越來越少？

現在，無論在中國還是國外，消費者都覺得，現在的西紅柿味道不如以前鮮美和酸甜，也就是西紅柿味少了。有的人把原因歸咎于轉基因西紅柿，因為，早在1994年，美國就研究出了皮厚保鮮的轉基因西紅柿，后來陸續又有抗鹽轉基因西紅柿、抗干旱轉基因西紅柿和抗霜凍轉基因西紅柿等產品問世。

但是，消費者反映的并非是轉基因西紅柿，而是一般的以傳統方式栽培的西紅柿，這是為什么呢？根據破譯的西紅柿基因組，研究人員認為他們找到了原因，這就是控制西紅柿味道的基因發生了突變。現在的西紅柿越來越漂亮，越來越艷麗，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，因為后者的含糖量更多，而這就是由一種特定基因控制的。

美國加利福尼亞大學戴維斯分校的安·鮑威爾研究小組發現，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追尋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行雜交，在西紅柿的10號染色體上確定了一個基因，稱為SlGLK2。這個基因是一個轉錄子，它能夠控制其他基因在何時和何地開啟或關閉。

研究人員發現，在野生西紅柿中，SlGLK2基因能增加葉綠體的形成。葉綠體是植物細胞中進行光合作用的部位。葉綠體通過自身的葉綠素來捕獲植物生長所需的陽光。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，鮑威爾等人又分析了在美國超市中銷售的12個人工栽培的西紅柿品種，這些西紅柿有的來自亞洲，有的來自歐洲。奇怪的是，它們當中的SlGLK2基因都發生了變化。通過分析基因序列，鮑威爾等人找到了原因，原來有一個堿基序列發生了變化。研究人員對一段基因的堿基序列分析，發現本應由7個腺嘌呤（A）構成的片段只剩下了6個腺嘌呤。這一單個遺傳密碼的出錯便造成了SlGLK2基因的突變和失活。

具有SlGLK2基因的西紅柿不僅葉綠體多，因而頂部有綠色，而且果實的糖含量較多。但是，如果SlGLK2基因突變和失活，則它們的葉綠體較少，糖分也較低。根據這種推理，研究人員向西紅柿嵌入一個完整的SlGLK2基因拷貝，結果西紅柿成熟后，其中的葡萄糖及果糖總量增加了40%。同時，用正常的SlGLK2基因生產出的西紅柿中的番茄紅素含量也顯著增加，番茄紅素是對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讓西紅柿更美味可口，根本原因也就在于SlGLK2基因在起作用。

西紅柿美味和營養的其他原因

盡管美國研究人員提出SlGLK2基因的失活與否是西紅柿保持原汁原味的關鍵，但是，也有其他研究人員表示懷疑。因為，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，需要對西紅柿的12條染色體、35000個基因進行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寬泛的信息。

另一方面，包括西紅柿在內的很多作物的產品的味道不只是與基因有關，而且與栽培的土壤、日照、降雨、種植的時間等許多因素有關，同時與收獲、采摘和貯存運輸的時間和方式有關。美國俄亥俄州立大學西紅柿遺傳學家大衛·弗朗西斯認為，大多數地方的西紅柿采摘都有一個時間提前量，即在西紅柿還是青澀的時候就采摘，然后貯存、運輸，在這個過程中西紅柿才會慢慢變紅。所以，西紅柿的口味與這種采摘貯存方式有關。

在少則幾天，多則幾十天的貯存和運輸的過程中，西紅柿還有一個成熟過程，這會影響淀粉向糖的轉化。同時，西紅柿果實中的糖約80%來自于葉子，是在后來才從葉子轉移到果實中的。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。

除了西紅柿的味道外，決定西紅柿價值的更重要因素還是它的營養。西紅柿富含維生素A、C、B1、B2、胡蘿卜素和鈣、磷、鉀、鎂、鐵、鋅、銅和碘等多種元素，還含有蛋白質、糖類、有機酸、纖維素和番茄紅素。而番茄紅素的作用最近得到了充分重視，因為這種物質可以對抗人體內的自由基，在肌膚表層形成一道天然屏障，有效阻止外界紫外線、輻射對肌膚的傷害，并可促進血液中膠原蛋白和彈性蛋白的結合，使肌膚充滿彈性，同時番茄紅素還有祛斑、祛色素的功效。另外，西紅柿中的蘋果酸、檸檬酸和糖類等物質既為人提供多種營養，也有助于人對食物的消化。一個人每天食用50克～100克新鮮西紅柿就可滿足人體對多種維生素和礦物質的需求。

今天，人們在評價西紅柿時會以果形周正、無裂口、無蟲咬、成熟適度、酸甜適口、肉肥厚者為最好，因為這樣的西紅柿不僅口味好，而且營養價值高。不過，當西紅柿基因組測序完成后，研究人員可能會在其35000個基因中逐步確認決定西紅柿各種營養素、口味、形狀和顏色等的功能基因，從而培植出為消費者更喜愛、口味更好和更有營養的西紅柿。

【責任編輯】張田勘