番茄革命 刷新餐桌

【營養大放題】

撰文:JUDY WUDY

 

科學界對植物基因變異的理解向來相對淺薄,霍華德 · 休斯醫學研究所(Howard Hughes Medical Institute)的 Zachary Lippman,就決定帶領團隊研究番茄基因圖譜。科學家對其基因組進行剪輯,把基因圖譜中的長序列複製、刪除、移動、插入,以觀察變異的效果。

多虧嶄新的長片段定序(Long-read Sequencing)技術,研究員破天荒地透過 100 種番茄品種,重現超過 20 萬種結構性基因變異。研究員期望,了解植物基因突變,能為未來的餐桌帶來更美味的農產品。

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何謂結構性基因變異?

基因變異有兩種,一種比較微細,另一種則是結構性的。基因由 4 個「字母」組成,當其中 1 個字母被替換,就是小型基因變異,通常只為外觀帶來變化;而結構性變異,則牽涉一段長序列。結構性變異現象在自然世界比比皆是,例如,精神分裂症和自閉症,就相信與人類基因中的結構性突變有關。

長久以來,科學界都希望了解植物基因組的所有變化,但礙於基因排序技術限制,難以解讀過長的基因序列,找出相關變異,更遑論有效分辨每個基因帶來的實際影響。因此,科學界過往主力研究植物中微細的基因變異;是次實驗則改變了這個局面。Lippman 形容,若先前研究為植物基因世界開了一個窺視孔,是次研究就帶來一扇全景窗。

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植物基因知識有何用?

Lippman 和團隊在這次研究中找到影響番茄風味、外觀、重量和產能的基因。比方說,其中一種基因能控制番茄大小與產量:只要改變相關結構,就能左右結果情況。團隊發現,失去此基因的植物不會結果,反之,若擁有 3 份相同基因,番茄體積就會增加 30%。

知道不同植物基因的屬性,有助理解不同品種特性異同,以改良現有品種。雖然是次實驗專注番茄,但亦能為研究其他品種帶來方向。行內專家深信,植物基因或有一定相似之處,是次研究有不少可以借鑒的地方。比方說,酸漿屬植物(包括燈籠果)是番茄近親,若把控制大小的基因複製至其基因組,是否亦能令果實看來更大更吸引?

但為農產品進行基因改造,當然沒有那麼簡單。研究結果顯示,要為現代番茄引入一種特性,往往需要 4 種結構性變異相輔相成。要達成 Lippman 口中「每為基因組作出一個改變,就能預知有何效果」的願景,科學界仍有一段漫漫長路。

 

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