西紅柿（也稱為西紅柿、柿子、狼桃、李子和金桔）是世界上最常見(jiàn)的水果和蔬菜之一。中國(guó)每年生產(chǎn)約450萬(wàn)噸西紅柿，美國(guó)每年生產(chǎn)超過(guò)1500萬(wàn)噸，英國(guó)西紅柿的市場(chǎng)價(jià)值為每年6.25億英鎊。

破解番茄基因組

西紅柿來(lái)自秘魯和墨西哥，最初是一種生長(zhǎng)在森林中的野生漿果。很久很久以前，當(dāng)?shù)厝苏J(rèn)為西紅柿是有毒的水果，稱之為狼桃，認(rèn)為吃西紅柿?xí)?dǎo)致腫塊和腫瘤。16世紀(jì)，一位來(lái)自英國(guó)的貴族前往南美，帶回了這種水果。從那時(shí)起，西紅柿在歐洲傳播開來(lái)，但它們只用于觀賞目的，沒(méi)有人敢吃它們。

在17世紀(jì)，一位法國(guó)畫家在描繪西紅柿?xí)r既餓又渴，他的工作室里沒(méi)有解渴劑。他大膽地拿起一個(gè)西紅柿咬了一口，卻發(fā)現(xiàn)這是一個(gè)又甜又酸又美味的水果。在靜靜地等待了一段時(shí)間后，畫家沒(méi)有表現(xiàn)出任何中毒的跡象。他甚至吃了幾個(gè)，發(fā)現(xiàn)西紅柿不僅有獨(dú)特的味道，而且比普通水果有更多的果汁，可以產(chǎn)生液體和解渴。因此，西紅柿作為一種水果和蔬菜已經(jīng)傳播開來(lái)。

現(xiàn)在，研究人員已經(jīng)破譯了西紅柿的基因組，通過(guò)分析基因組，他們希望解開這種水果和蔬菜的產(chǎn)量、味道、顏色和形狀的謎團(tuán)。

來(lái)自美國(guó)、英國(guó)、中國(guó)、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，經(jīng)過(guò)多年的努力，首次對(duì)普通栽培番茄的基因組進(jìn)行了測(cè)序。這次測(cè)序的番茄品種是亨氏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野生型番茄的基因組測(cè)序。

番茄的基因組測(cè)序顯示，它們有大約35000個(gè)基因和12條染色體。美國(guó)科學(xué)家認(rèn)為，這項(xiàng)研究幾乎捕捉到了與西紅柿各種特征相關(guān)的所有基因，包括味道、天然抗蟲性和營(yíng)養(yǎng)成分。對(duì)番茄基因組序列的分析將有助于農(nóng)業(yè)研究人員和生產(chǎn)商在未來(lái)培育出人們喜愛(ài)的番茄，這些番茄具有更好的口感和營(yíng)養(yǎng)，如更甜、更多的番茄紅素。另一方面，番茄基因組也有助于降低番茄種植成本，增強(qiáng)番茄抵抗病蟲害、干旱和流行病的能力，從而提高番茄產(chǎn)量。

現(xiàn)在，研究人員對(duì)番茄基因組的初步分析發(fā)現(xiàn)，番茄基因組在大約60萬(wàn)年前突然擴(kuò)大，但大多數(shù)基因隨后消失了。參與膨脹過(guò)程的一些基因也參與控制西紅柿的生長(zhǎng)和成熟。這種基因組的擴(kuò)大和消失也有助于研究人員更深入地研究為什么一些作物可以改良，而另一些作物則不能，從而有助于擴(kuò)大未來(lái)可以改良的作物類型。如今，研究人員已經(jīng)對(duì)水稻、大麥、玉米、高粱、土豆、大豆、草莓、黃瓜、西瓜、葡萄和棉花等作物的基因組進(jìn)行了測(cè)序，未來(lái)他們還可以確定這些作物是否可以改良。

由于不同國(guó)家的研究人員在番茄基因組測(cè)序方面的分工和合作，不同國(guó)家研究人員完成的任務(wù)不同。英國(guó)科學(xué)家負(fù)責(zé)番茄4號(hào)染色體的測(cè)序，他們完成的測(cè)序被認(rèn)為是世界上高質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)染色體序列。由于番茄屬于茄科，英國(guó)研究人員完成的番茄4號(hào)染色體序列也將為確認(rèn)番茄茄科親緣關(guān)系提供標(biāo)準(zhǔn)參考，如土豆、辣椒、茄子和矮牽牛。就經(jīng)濟(jì)價(jià)值和產(chǎn)量而言，茄科植物是世界上最重要的蔬菜科。

為什么番茄的味道變淡了？

如今，無(wú)論是在國(guó)內(nèi)還是國(guó)外，消費(fèi)者都覺(jué)得西紅柿的味道不像以前那么美味和甜了，也就是說(shuō)，西紅柿的味道少了。有人將原因歸結(jié)為轉(zhuǎn)基因番茄，因?yàn)樵缭?994年，美國(guó)就開發(fā)了厚皮轉(zhuǎn)基因番茄進(jìn)行保鮮，后來(lái)又推出了耐鹽轉(zhuǎn)基因番茄、抗旱轉(zhuǎn)基因番茄、抗凍轉(zhuǎn)基因番茄等產(chǎn)品。

然而，消費(fèi)者報(bào)告的不是轉(zhuǎn)基因西紅柿，而是以傳統(tǒng)方式種植的西紅柿。這是為什么？根據(jù)破譯的番茄基因組，研究人員認(rèn)為他們已經(jīng)找到了原因，這是控制番茄味道的基因突變。如今，西紅柿變得越來(lái)越美麗和充滿活力。也許這些西紅柿不如那些藍(lán)色頂部的西紅柿美味，因?yàn)樗鼈兊暮橇扛撸@是由特定基因控制的。

加州大學(xué)戴維斯分校的Ann Powell領(lǐng)導(dǎo)的研究小組發(fā)現(xiàn)，野生番茄和人工栽培番茄的顏色存在顯著差異，前者的頂部呈深綠色，后者則沒(méi)有。因此，他們使用剛剛發(fā)布的番茄基因組來(lái)研究野生番茄和人工栽培番茄之間的差異。他們將野生番茄與人工栽培的番茄雜交，并在番茄的10號(hào)染色體上鑒定出一種名為SlGLK2的基因。該基因是一種轉(zhuǎn)錄物，可以控制其他基因何時(shí)何地開啟或關(guān)閉。

研究人員發(fā)現(xiàn)，SlGLK2基因可以增加野生番茄葉綠體的形成。葉綠體是植物細(xì)胞進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所。葉綠體通過(guò)自身的葉綠素捕獲植物生長(zhǎng)所需的陽(yáng)光。由于野生番茄中葉綠體的豐富，它們的顏色更綠。此外，葉綠體利用它們捕獲的光能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為糖。因此，野生番茄比人工栽培的番茄含糖量更高。

隨后，Powell等人分析了美國(guó)超市銷售的12種人工栽培番茄品種，其中一些來(lái)自亞洲，一些來(lái)自歐洲。奇怪的是，其中的SlGLK2基因發(fā)生了變化。通過(guò)分析基因序列，Powell等人發(fā)現(xiàn)了原因，即一個(gè)堿基序列發(fā)生了變化。研究人員分析了一個(gè)基因的堿基序列，發(fā)現(xiàn)應(yīng)該由7個(gè)腺嘌呤（a）殘基組成的片段只剩下6個(gè)腺嘌呤殘基。這種單一遺傳密碼的錯(cuò)誤導(dǎo)致SlGLK2基因的突變和失活。

帶有SlGLK2基因的番茄不僅有更多的葉綠體，導(dǎo)致頂部變綠，而且果實(shí)中的糖含量也更高。然而，如果SlGLK2基因突變并失活，它們的葉綠體更少，糖含量更低。基于這一推理，研究人員將SlGLK2基因的完整拷貝嵌入番茄中，結(jié)果，番茄成熟后葡萄糖和果糖的總量增加了40%。同時(shí)，帶有正常SlGLK2基因的番茄也顯示出番茄紅素含量的顯著增加，番茄紅素是一種有益于人類健康的抗氧化劑。Powell等人認(rèn)為，番茄中較高的糖含量會(huì)使它們更美味，根本原因是SlGLK2基因在起作用。

西紅柿美味又營(yíng)養(yǎng)的其他原因

盡管美國(guó)研究人員提出，SlGLK2基因的失活對(duì)于西紅柿保持其原始風(fēng)味至關(guān)重要，但其他研究人員對(duì)此表示懷疑。因?yàn)榧词够驔Q定了番茄的味道，也可能有多個(gè)基因在起作用。因此，需要對(duì)番茄的12條染色體和35000個(gè)基因進(jìn)行全面的研究和分析，以確定哪些基因在發(fā)揮作用，而目前發(fā)表的番茄基因組只提供了廣泛的信息。

另一方面，包括西紅柿在內(nèi)的許多作物的味道不僅與基因有關(guān)，還與土壤、陽(yáng)光、降雨、種植時(shí)間以及收獲、采摘、儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)臅r(shí)間和方法等許多因素有關(guān)。美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)番茄遺傳學(xué)家大衛(wèi)·弗朗西斯認(rèn)為，在大多數(shù)地方，番茄在早期收獲時(shí)還是綠色的，然后儲(chǔ)存和運(yùn)輸，在此期間番茄逐漸變紅。因此，番茄的味道與這種收獲和儲(chǔ)存方法有關(guān)。

在儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中，可以從幾天到幾十天不等，西紅柿也會(huì)經(jīng)歷一個(gè)成熟過(guò)程，這會(huì)影響淀粉轉(zhuǎn)化為糖。同時(shí)，番茄果實(shí)中約80%的糖來(lái)自葉子，后來(lái)從葉子轉(zhuǎn)移到果實(shí)中。此外，不同的種植方式也可能影響西紅柿的味道。例如，野生番茄和溫室番茄的味道不同。

除了西紅柿的味道，決定其價(jià)值的更重要因素是它們的營(yíng)養(yǎng)。西紅柿富含維生素A、C、B1、B2、類胡蘿卜素以及鈣、磷、鉀、鎂、鐵、鋅、銅和碘等多種元素。它們還含有蛋白質(zhì)、糖、有機(jī)酸、纖維和番茄紅素。番茄紅素的作用最近受到了足夠的重視，因?yàn)檫@種物質(zhì)可以對(duì)抗人體內(nèi)的自由基，在皮膚表面形成天然屏障，有效防止外部紫外線和輻射對(duì)皮膚的損傷，促進(jìn)血液中膠原蛋白和彈性蛋白的結(jié)合，使皮膚充滿彈性。同時(shí)，番茄紅素還具有去除斑點(diǎn)和色素的作用。此外，西紅柿中的蘋果酸、檸檬酸和糖等物質(zhì)不僅為人類提供各種營(yíng)養(yǎng)，還有助于食物消化。每天吃50-100克新鮮西紅柿可以滿足身體對(duì)各種維生素和礦物質(zhì)的需求。

如今，人們傾向于根據(jù)西紅柿的圓形、無(wú)裂縫、無(wú)蟲咬、成熟度適中、酸甜可口、肉質(zhì)厚實(shí)來(lái)評(píng)價(jià)西紅柿，因?yàn)檫@些西紅柿不僅味道好，而且營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高。然而，在番茄基因組測(cè)序完成后，研究人員可能會(huì)逐漸確認(rèn)其35000個(gè)基因中決定番茄各種營(yíng)養(yǎng)成分、風(fēng)味、形狀和顏色的功能基因，從而培育出更受消費(fèi)者歡迎、更有味道、更有營(yíng)養(yǎng)的番茄。