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    Science:关键基因可使西红柿更美味

    时间:1970-01-01 08:00来源:6维度转载 作者: 赵路 浏览: 次    收藏 挑错 推荐 打印
    摘要:近日来自康奈尔大学鲍依斯·汤普森植物研究所、美国农业部和加州大学戴维斯分校的研究人员破译了一个可增加西红柿中糖、碳水化合物和类胡萝卜素水平的基因GLK2。番茄炒蛋的味道是否还会依然?

    番茄转基因更美味?

        对于许多的杂货店购物者来说,那些来自商店的看似完美的红彤彤的西红柿却远不如自家宅园里的美味。近日来自康奈尔大学鲍依斯·汤普森植物研究所、美国农业部和加州大学戴维斯分校的研究人员破译了一个可增加西红柿中糖、碳水化合物和类胡萝卜素水平的基因GLK2。相关论文发布在6月29日的《科学》(Science)杂志上。

      生物通报道  对于许多的杂货店购物者来说,那些来自商店的看似完美的红彤彤的西红柿却远不如自家宅园里的美味。近日来自康奈尔大学鲍依斯?汤普森植物研究所、美国农业部和加州大学戴维斯分校的研究人员破译了一个可增加西红柿中糖、碳水化合物和类胡萝卜素水平的基因GLK2。相关论文发布在6月29日的《科学》(Science)杂志上。

      在这篇文章中,康奈尔大学鲍依斯·汤普森植物研究所的Cuong Nguyen与同事们一起揭示了构成统一成熟突变基础的基因。

      这种基因还可以影响西红柿的成熟,商业培育者利用它可以创造出绝对红彤彤的、即时保存的西红柿。文章的资深作者、鲍依斯?汤普森植物研究所植物分子生物学家和美国农业部农业研究服务部门的James Giovannoni说:“实际上,这是一个非常重要的特质。无论你是否意识到,大部分的西红柿都包含这一基因。”然而相同的特质也导致了西红柿中的糖和营养物减少。

      当然,不均匀成熟,在未成熟时显示深绿色斑点,成熟时显示差异红色的西红柿仍然会出现在各种花园和家传品种中。早20世纪20年代末,商业培育者偶然发现了一个自然突变可导致西红柿均一成熟,从浅绿色均匀的渐变到红色。这种被植物生物学家称为“统一成熟”的突变是美国商业西红柿市场20亿美金必不可少的因素,出现在几乎所有的杂货店销售的西红柿中。这种均匀的红色使得它成为了食品部门的理想食品,吸引着那些期望获得颜色均匀红色西红柿的顾客。

      Nguyen通过鲍依斯·汤普森植物研究所存放的公共数据库完成了定位克隆,确定了统一成熟基因定位在10号染色体的一个特异位点。现在知道了这一位点,研究小组就能够破译编码调控西红柿光合作用水平的蛋白质的基因。尽管叶子是植物主要的光合作用工厂,发育中的西红柿果实也能够提供多达20%的光合作用,这种光合作用生成了完全成熟果实中的高糖和营养物水平。而商业培育者特异选择这种统一成熟突变,减少果实中的基因编码蛋白,因此导致了糖水平降低。“这是一种意想不到的结果,”Giovannoni说。Giovannoni解释了为何商业种植者们不断地选择这种性状。当前的生产者还没有从美味特性中得到一分钱。

      这一发现具有实际应用价值。希望能够生成均匀红色果实而非多种颜色美味西红柿的商业生产者们现在可以对幼苗DNA进行早期测试寻找统一成熟突变,而不再需要等待观察成熟果实。与之相反的,不在意外表的那些人可以确定他们的植物是不是没有突变,因此可能生成更甜美的果实。

      加州大学戴维斯分校研究团队的领导者、生物化学家Ann Powell说这项研究提供了“一个难得的机会将科学发现转换到现实世界中……它提供了一种策略重新俘获不知不觉被排除出现代培育的西红柿的品质特性。

        “西红柿炒鸡蛋”一直是许多国人的最爱,然而你是否发现,如今的西红柿似乎越来越没味儿了,而这可能全是“好看”惹的祸。一项新研究显示,为了使果实色泽均匀而进行的长达几十年的栽培方式已经摧毁了一种能够提高西红柿含糖量的基因。

        从事西红柿化学成分研究的德国波茨坦市马普学会植物分子生理学研究所的Alisdair Fernie认为,这一发现是“我们搞清西红柿果实发育和成熟的一个巨大进步”。

        起源于南美洲的西红柿如今遍布全世界,仅在美国每年便有超过1500万吨的产量。农民在西红柿成熟之前便把它们从藤上采摘下来,而70多年来,种植者在这个时候选择的往往都是外观呈均匀浅绿色的西红柿。这使得人们更容易识别那些已经准备好了被收获的西红柿,同时还能够确保当被放到超市的货架上时,这些果实已经换上了均匀的红色。然而美国加利福尼亚大学戴维斯分校的植物学家Ann Powell指出,与此形成对照的是,“野生品种具有深绿色的肩部,因而更难确定收获它们的恰当时机”。她同时说,消费者也会认为,色彩不均匀的西红柿缺乏吸引力。

        为了找到颜色变化背后的基因,Powell和同事将人工栽培的西红柿与野生品种进行了杂交。通过选择那些具有深绿色肩部的植物,并将其与人工品种杂交,研究人员最终把范围缩小至10号染色体中的一个区域。利用最新完成的西红柿基因组测序结果,他们找到了一个名为SlGLK2的基因——作为一个所谓的转录因子,该基因能够控制其他基因何时及何地开启或关闭。

        在野生西红柿中,SlGLK2增加了叶绿体的形成,后者是植物细胞中完成光合作用的地方。叶绿体通过一种绿色素——叶绿素来捕获植物生长所需的阳光。更多的叶绿体使得野生西红柿具有更绿的颜色。并未参与该项研究的伍斯特市俄亥俄州立大学西红柿遗传学家David Francis指出,尽管叶绿体的形成和叶绿素的合成是生物学中最重要的发育进程,但人们对其知之甚少。他说,这是一个“重要且重大的”发现。“作者描述了一个有助于调控该进程的基因。”

        然而超市货架上大多数西红柿的SlGLK2却是失活的。Powell指出:“我们分析了约12个品种,一个来自亚洲,一些来自欧洲,并且它们都具有一种相同的突变。”研究人员并不知道这种突变——理应由7个A构成的一连串碱基对却只剩下6个——最初从何而来。但Powell认为,它可能已多次独立出现,因为遗传密码的单字母重复有出错的倾向。

        尽管这种突变对农民有利,但对于消费者而言,这却不是一次“甜蜜”的交易。叶绿体用它们捕获的光能将二氧化碳和水转化为糖。具有突变SlGLK2基因的西红柿不但叶绿体较少,并且含糖量也较低。通过向西红柿内嵌入一个完整的基因拷贝,研究人员使成熟果实的葡萄糖及果糖总量增加了40%,作者在6月28日发表于美国《科学》杂志网络版上的一篇论文中这样写道。同时番茄红素——对人体健康有益的一种抗氧化剂——的含量也显著增加。出于制度的原因,科学家无法食用这些西红柿,但他们相信,更高的糖含量会让果实更加美味可口。Powell指出,完整的基因能够通过传统的栽培方式重新杂交回到西红柿中。

        然而Francis并不相信这就能改善西红柿的口感。他推测,糖含量的增加或许还缘于植物其他部分的改变。事实上,西红柿中大约80%的糖来自于叶,并在后来转移到果实中。他同时警告说,在小温室中得到的结果或许不同于农民在野外种植的西红柿。Francis说:“影响西红柿味道的真正罪魁祸首是这种在果实成熟前便加以采摘的种植模式。”例如由于成熟进程的改变,破坏了淀粉向糖的转化。

        Powell赞同过早收获影响果实的质量,她说:“当果实被从藤上采摘下来后,成熟的过程可能就改变了。”相比之下,可能有多个原因使得超市西红柿显得更加苍白。

     

    资料来源:中国科学报

    (责任编辑:窦虹)

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