学术进展

番茄育种 守护“番茄味儿”的美好体验

发布时间:2022-04-25作者:浏览次数:0

编者按:“浙江大学设计育种会聚研究计划”致力在前沿生物技术、农业种质创新、新品种选育等方面取得突破,培育一批优质、高抗的绿色农业新品种。番茄育种创新团队是该计划主要团队之一,围绕高品质番茄这一育种目标,开展前沿基础研究,并创制了耐贮运富营养的番茄果实,守护着“番茄味儿”的美好体验。研究团队一个调控果实贮运性和营养积累的关键转录因子SlLOB1的研究”获浙江大学2021年度学术创新奖

作为国内最早开始果实品质研究的团队,从上世纪90年代开始至今,一直致力于探寻延长果实货架生命,且能改善果实品质的良好方法。团队研究基于大数据分析平台,充分发挥多组学联合分析的优势,获得主效调控果实质地且不影响成熟进程的靶标基因,利用定向编辑技术获得高品质耐贮运新种质;创制适应采后低温等物流环境且维持良好芳香品质的新种质材料;创制高营养价值新种质材料;真真切切把论文写在祖国大地上,为“能吃到”并且“能吃好”不断耕耘前行。

“番茄味儿”不被“偷走”

果实软化是成熟的重要特征之一,直接影响贮藏物流和货架寿命,与商品性密切关联,一直以来是果实采后生物学和贮藏物流领域备受关注的热点科学和产业问题。现代果实育种以追求高硬度耐贮运为目标,常常丢失了许多传统的优良性状,如风味、芳香和营养等。实现果实贮运性和其他品质性状的平衡是数十年来亟待解决的科学问题。

番茄育种创新团队与美国康奈尔大学BTIBoyce Thompson Institute)合作挖掘出一个新型转录因子SlLOB1研究证实SlLOB1是同时维持果实质地和风味品质的核心基因。试验表明SlLOB1可以转录调控下游一系列细胞壁降解酶、细胞壁修饰酶和细胞壁结构蛋白编码基因基因功能验证显示,沉默SlLOB1可延缓果实软化进程,红果期的硬度为对照的2倍多,且番茄红素增加了60%,同时不影响果实正常成熟和软化进程;过表达SlLOB1,可激活下游细胞壁基因,促进果实提早软化。不同于以往鉴定的成熟软化调控因子,SlLOB1主效调控果实软化,且不依赖乙烯,不影响果实成熟进程,并可促进果实积累更多番茄红素,一个果实成熟软化的全新调控通路,据此创制耐储运富含番茄红素的番茄新种质。这一研究结果发表在《美国科学院院报》(PNAS)。

沉默SlLOB1基因的果实表型。SlLOB1沉默果实绿果期没有差异(左上)转色和红果期果肉胶质不溶解且果实积累更多番茄红素(左下);SlLOB1沉默果实呈现Cnr-like质地特征直接漂浮水面(右)

“番茄味儿”更加浓郁

当然,耐储运富营养并不是番茄的全部,还有酸酸甜甜香香的“番茄味儿”。人们在品尝食物时体会到的“味道”,其实是味觉、嗅觉与其他感官的综合体验。在这中间,嗅觉的感知尤为重要,果实的芳香扮演了决定性的角色。当你咬上一口晶莹剔透的番茄细品之时,多种挥发性成分飘入鼻腔,激活了嗅觉,这些感受加在一起,就构成了“番茄味儿”。

相对于蔗糖、葡萄糖、果糖、苹果酸、柠檬酸等几种数量有限的风味物质,影响“番茄味”的挥发性化学物质则非常复杂。科学家们从番茄果实中鉴别出了超400挥发性化合物,主要来自于脂肪酸、氨基酸类胡萝卜素等营养物质的代谢。通过结合消费者的感官评价和气相色谱检测,发现了“番茄果实味道的配方”,主要包括己烯醛、β-紫罗酮β-大马酮等30种芳香物质进一步研究发现:这些重要的芳香物质在现代商业品种中的含量普遍显著低于古老品种。这意味着人类在长期的育种过程中,过于关注番茄的外观、产量和抗性性状,导致控制果实风味品质的某些基因位点丢失,由此使得番茄果实失去了传统的特征风味。

不同番茄品种(来自Harry Klee教授)

 

研究团队采用基因组关联分析的策略,揭示了调控番茄果实脂肪酸代谢途径芳香物质合成的新基因SlLIP8,采用基因编辑方式敲除该基因,显著减少了短链芳香物质的含量。此外,还发现转录因子RIN具有调控果实芳香物质生物合成的功能。这些研究成果均可为番茄果实的风味改良提供新的思路。

除了遗传育种和果实的发育成熟,采后贮藏物流也是影响果实风味的重要因素。低温贮藏物流是常用的采后措施研究团队发现过于追求贮藏寿命的操作,显著抑制了番茄果实重要芳香物质的含量,导致番茄果实风味丧失。研究团队与美国佛罗里达大学合作研究发现,DNA甲基化等表观遗传学参与了采后低温贮藏物流对于番茄果实风味的调控采后低温对于风味品质的不利影响,在番茄、桃和柑橘等果实中都有发现,这些研究结果为指导采后供应链环境因子的精准控制技术研发提供了科学依据。

从番茄开始,也不囿于番茄。社会经济不断发展,人们健康意识日益增强;其中,富含天然产物的果蔬成为了健康追求的“宠儿”。由于番茄特殊性,使它可以成为一个良好的“生物反应培养皿”和实验对象。研究团队正在展开在番茄果实中富集杨梅素的探索,将杨梅素合成通路搬进番茄果实,为开发富含杨梅素的果蔬产品提供了依据。要知道杨梅素具有抗氧化、消炎、抗癌、预防糖尿病和心血管疾病等药理活性,需要杨梅树皮中分离提取,但它在膳食果蔬中的含量非常低,甚至不在可检测水平。这些研究都在为国民健康提供更多更新的路径。

从春种到秋收,从田间到餐桌,研究团队在果实品质形成与性状改良、采后贮藏物流、营养品质与消费指导等方面“精耕细作”多年,守护着味蕾的美好体验。

  文:石艳娜


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