生物技术将带来颜值高品味佳的新一代水果
你见过和吃过紫色的西红柿、粉红色的香蕉和红肉苹果吗？一起来见识一下新一代的健康水果吧！
水果是我们日常饮食中的重要组成部分，味美而且营养价值极高。很多植物含有花色素苷，例如许多浆果、葡萄、红球甘蓝、茄子，这些红色、紫色或蓝色的色素存在于植物的根、茎、叶、花和果实组织细胞的液泡中，是非常有效的抗氧化物质。
然而，我们食用的大多数水果在经过几百代人的选育过程中，为了满足不断增长的人类食用的需求，逐渐加强了我们最喜欢的一部分性状，例如甜度、外观，或者延长了保存期。但与此同时，一些有价值的性状，例如可以产生有益于健康的植物化学成分或具有抵抗害虫的特性却已经丢失。
以蔷薇科的苹果为例，对多个苹果品种的遗传数据分析表明，苹果起源于中亚的天山山脉地区。如今在这些地方，还能发现已经存活了三百年的世界上最古老的苹果树，其中一些古苹果树还可以结出又红又大的苹果，这些古苹果树包含了极其丰富的遗传多样性和生理性状。目前市面上最常见的现代苹果品种，经过长期培育之后虽然改善了外观、口味和存储期，无意中却失去了它们的祖先所含有的一些对人类健康非常有价值的特殊植物营养成分。
现在，世界各地的科学家利用不同的生物技术，给水果带来更多的优良特性。利用植物天然的花色素苷合成调节途径，以及果肉带色或风味独特等植物基因资源，结合遗传育种或者生物工程技术，已经培育出富含花色素苷的红色果肉苹果和紫色番茄，以及富含维生素原A和铁的香蕉。这些还只不过是其中的几个例子，有理由相信，未来会有越来越多通过生物技术育种获得的新一代水果，给我们带来更多的惊喜。
由新西兰奥克兰植物与食品研究有限公司研究所（The New Zealand Institute for Plant & Food Research Limited）的Andrew Allan团队研发的红肉苹果，利用了植物MYB10基因具有调控和促进花色素苷在植物组织中合成和积累的功能，在白色果肉的商业苹果品种中转入和过表达来自于天然具有淡红色果肉的苹果品种（例如Malus domestica var. Niedzwetzkyana）的MYB10基因，可以使转基因苹果中的花色素苷增加100倍以上。
经过基因工程技术培育，转入MYB10基因的Royal Gala苹果与野生型相比果实中花色素苷的含量大大增加，这种苹果能在果肉中产生超过正常水平100倍的花青素半乳糖苷（一种花色素苷），使果肉呈现深红色。
类似的研究在草莓的改良中也相当成功，通过遗传转化过表达野草莓（Fragaria vesca）MYB10基因（35S:FvMYB10）、RNA干扰该基因（FvMYB10 RNAi）的草莓与野生型草莓的比较。过表达MYB10基因的草莓叶片、叶柄、柱头和花瓣色素含量增加，成熟果实有暗红色或紫色的皮和红色果肉，而 MYB10基因表达被RNA干扰的草莓成熟果实的果肉则呈白色。
英国植物家Cathie Martin和JonathanJones等人研发的紫色番茄含有丰富的抗氧化物质和花色素苷。利用基因工程技术，他们培育了带有来自拟南芥和金鱼草两种模式植物的多酚表达调控基因的转基因番茄，这些番茄所产生的高含量多酚物质可以跟蓝莓、黑醋栗、巴西莓和石榴果实相媲美。如下图所示，（A）野生型的红色（A, i和ii）和转入金鱼草Del/Ros1基因的紫色（B, iii和iv）番茄果实，分别显示果实发育早期的绿色阶段和采后贮存一段时间的成熟果实。成熟的红色野生型番茄经过贮存更容易严重感染病原菌，而在同样条件下成熟和贮存的紫色Del/Ros1番茄果实，因积累了大量具有抗氧化活性的花色素苷，可以延迟成熟并且不易感染病原体。
转基因过表达莱茵衣藻β-胡萝卜素酮化酶基因（CrBKT），或者同时过表达雨生红球藻β-胡萝卜素羟化酶BHY基因和莱茵衣藻BKT基因（HpBHY-CrBKT）的番茄会大量积累虾青素（一种红色类胡萝卜素），非转基因型番茄（下图左）和CrBKT转化番茄（下图中）以及CrBKT-HpBHY转化番茄（下图右）显示由于虾青素积累而呈现明显不同的叶片、花与果实颜色。
科学家们对于番茄风味的改良也有着巨大的兴趣，由Harry Klee等人通过中国农业科学研究院深圳农业基因组学研究所（Agricultural GenomicsInstitute at Shenzhen, Chinese Academy of Agricultural Sciences）和美国弗罗里达大学（University of Florida）合作进行的一项针对番茄的研究，将过去12年来已获得的有关番茄风味的生物化学过程和相关基因进行了绘图，并计划将这些基因引入到番茄中，以培育更加美味的新品种，这一重大研究成果2017年初发表在《 Science》杂志上。
除此之外，由昆士兰科技大学（Queensland University of Technology）的JamesDale教授带领的研究团队则经过八年的研发，利用遗传工程技术将一种番茄红素合酶的额外基因副本引入卡文迪什香蕉（Cavendish banana），用于培育含有丰富维生素原A的香蕉品种。该番茄红素合酶基因来源于一种天然的橙色果肉香蕉品种（Fe’i bananas），可使香蕉产生α-和β-胡萝卜素，研究团队还将继续将这种香蕉培育成富含铁元素的品种，用于改善非洲贫困人群的营养缺乏问题。
生物技术使植物学家能够培育更为多样的作物品种，强化这些作物的营养成分、增加风味和优化农艺性状，给消费者带来更多和更健康的选择。
参考文献：
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附相关文献链接：
1. A chemical geneticroadmap to improved tomato flavor
Science, 2017,355:391–394
http://science.sciencemag.org/content/355/6323/391/tab-pdf
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2. Giving fruit anutritional boost
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http://www.nature.com/articles/nplants2016191
3. Engineering theanthocyanin regulatory complex of strawberry (Fragaria vesca)
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http://journal.frontiersin.org/article/10.3389/fpls.2014.00651/full
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4.Analysis of genetically modified red-fleshed apples reveals effects on growthand consumer attributes
PlantBiotechnology Journal, 2013, 11: 408–419.
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.12017/full
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5.Anthocyanins Double the Shelf Life of Tomatoes by Delaying Overripening andReducing Susceptibility to Gray Mold
CurrentBiology, 2013, 23: 1094–1100.
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982213005137
http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2013.04.072
6.Metabolic engineering of tomato for high-yield production of astaxanthin
Metabolic Engineering, 2013, 17: 59–67.
http://dx.doi.org/10.1016/j.ymben.2013.02.005
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1096717613000311
本文作者系中山大学生命科学学院副教授黎茵
延伸阅读
《现代遗传学教程》
编者著：贺竹梅
出版社：高等教育出版社
出版年：2017年2月
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目标在于传播现代遗传学知识、汇集遗传学学术精英、交流教学方法和教学理念、为师生搭建遗传学教学平台。
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贺竹梅教授/主编
中山大学生命科学学院教授、博导
首届“谈家桢遗传教育奖”获得者
“宝钢优秀教师奖”获得者
“中山大学第七届校级教学名师奖”获得者
广东省遗传学会副理事长兼教学专业委员会主任
中国遗传学会科学道德与伦理专业委员会委员
中国毒理学会生物毒素毒理学专业委员会委员
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