近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文研究員領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)在番茄風(fēng)味品質(zhì)研究中取得重大突破。他們利用大數(shù)據(jù)分析，揭示了番茄在馴化和育種過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味物質(zhì)發(fā)生的變化，及其調(diào)控位點(diǎn)，為番茄果實(shí)風(fēng)味、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的遺傳調(diào)控和全基因組設(shè)計(jì)育種提供了路線圖。相關(guān)科研論文《番茄育種對(duì)果實(shí)代謝組的改變》在國(guó)際頂尖生命科學(xué)領(lǐng)域期刊《細(xì)胞（Cell）》2018年第1期發(fā)表，這是中國(guó)農(nóng)科院第一次在該刊上發(fā)表文章，也是今年中國(guó)科學(xué)家在該刊上發(fā)表的第一篇文章。
▲中國(guó)農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組所所長(zhǎng)黃三文（右一）從2004年起一直參與番茄基因組研究
1月11日，在中國(guó)農(nóng)科院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所召開(kāi)高品質(zhì)番茄基因組研究成果與精準(zhǔn)扶貧座談會(huì)，研究團(tuán)隊(duì)向媒體通報(bào)了這一喜訊。
1鼻子比嘴巴更懂風(fēng)味
世界糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)顯示，全世界番茄總產(chǎn)值每年接近1千億美元。番茄具有低熱量、富含抗氧化的番茄紅素、多種礦物質(zhì)和維生素等優(yōu)勢(shì)，被稱為“世界第一大蔬菜作物”，在國(guó)際種業(yè)市場(chǎng)上，高端優(yōu)質(zhì)番茄的種子價(jià)格與黃金相當(dāng)。
中國(guó)科學(xué)家在番茄科研上一直奮勇?tīng)?zhēng)先。2004年，中國(guó)科學(xué)家參與了由14個(gè)國(guó)家300多位科學(xué)家組成的“番茄基因組研究國(guó)際協(xié)作組”。2012年，中國(guó)農(nóng)科院黃三文團(tuán)隊(duì)和中國(guó)科學(xué)院李傳友團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)8年努力，完成了番茄基因組測(cè)序總?cè)蝿?wù)的六分之一，成果發(fā)表以封面文章形式發(fā)表在《自然》雜志（《Nature》）上。同時(shí)，中國(guó)科學(xué)家開(kāi)始了對(duì)番茄風(fēng)味的更深入研究。
據(jù)了解，番茄起源于中美洲的秘魯和墨西哥，野生番茄直徑只有1.5厘米左右，比櫻桃更小，隨著人類不斷馴化，番茄才變成今天我們看到的又紅又大的樣子?？墒窃?strong>馴化過(guò)程中，一些決定番茄美味的基因位點(diǎn)丟失了，所以人們總是說(shuō)，現(xiàn)在的番茄沒(méi)有“番茄味兒”了。
2012年開(kāi)始，黃三文團(tuán)隊(duì)便與多個(gè)科研團(tuán)隊(duì)合作，試圖揭開(kāi)番茄風(fēng)味的秘密。2017年1月28日（北京時(shí)間，農(nóng)歷丁酉雞年大年初一），其研究成果番茄風(fēng)味調(diào)控機(jī)制登上了世界頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)（Science）》的封面。他們找出了果糖、葡萄糖、蘋(píng)果酸、檸檬酸和29種揮發(fā)性物質(zhì)，這33種物質(zhì)對(duì)于番茄風(fēng)味有著決定性作用。
黃三文表示，其實(shí)在好不好吃這個(gè)問(wèn)題上，鼻子比嘴巴更能起決定性作用?！吧嗲荒軌蝮w驗(yàn)出酸甜苦咸鮮等5種味覺(jué)，而鼻腔中可以感覺(jué)出200多種不同的氣味受體。”黃三文說(shuō)，味覺(jué)與嗅覺(jué)的綜合才能稱之為“風(fēng)味”。
2審稿人贊嘆這是一部“力作”
番茄有9億堿基對(duì)，3.5萬(wàn)基因，它們又與33種決定番茄風(fēng)味的物質(zhì)怎樣發(fā)生關(guān)聯(lián)的？
科學(xué)家表示，這需要經(jīng)歷龐大繁復(fù)的計(jì)算過(guò)程?！盎蚪M所利用2萬(wàn)個(gè)CPU、擁有50萬(wàn)億次計(jì)算能力的超級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，完成了這個(gè)堪稱全世界農(nóng)業(yè)科學(xué)界首次完成的如此龐大的計(jì)算，體現(xiàn)了中國(guó)在大數(shù)據(jù)研究上的雄厚實(shí)力，也體現(xiàn)了深圳在IT領(lǐng)域的領(lǐng)先地位?！秉S三文透露，《細(xì)胞》雜志兩位審稿人在評(píng)語(yǔ)中贊嘆到這是一部“力作”。
通過(guò)對(duì)番茄2600多萬(wàn)個(gè)變異位點(diǎn)與33種風(fēng)味決定物質(zhì)的關(guān)聯(lián)分析，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了控制風(fēng)味的50個(gè)基因位點(diǎn)，并確定了10個(gè)關(guān)鍵基因位點(diǎn)，以此找到了這些位點(diǎn)的最佳等位基因。
科學(xué)家通過(guò)刻苦研究，構(gòu)建了番茄變異組、代謝組和轉(zhuǎn)錄組大數(shù)據(jù)庫(kù)。論文的第一作者、黃三文實(shí)驗(yàn)室博士后祝光濤表示，研究所有基因變異的變異組收集了610種番茄樣本，從中找到了2600萬(wàn)個(gè)基因組變異位點(diǎn)；研究所有代謝產(chǎn)物成分與含量的代謝組收集了442份番茄樣本，從中找出了980種代謝物；研究所有基因表達(dá)情況的轉(zhuǎn)錄組收集了339份番茄樣本，從中找到了3萬(wàn)多個(gè)基因表達(dá)量?！斑@不僅對(duì)于番茄研究有用，對(duì)于其他植物研究也有著重要價(jià)值?！秉S三文表示。
3為番茄全基因組設(shè)計(jì)育種提供線路圖
據(jù)了解，科學(xué)家所發(fā)現(xiàn)番茄中的980種代謝物既包含了糖酸類、氨基酸、核苷酸等初級(jí)代謝物，也包括類黃酮、多胺類、多酚類、茄堿類等大量次級(jí)代謝物?？茖W(xué)家認(rèn)為，我們吃的番茄果實(shí)就是代謝組的重要組成，番茄代謝組是營(yíng)養(yǎng)和風(fēng)味的綜合體現(xiàn)。
▲野生番茄
通過(guò)代謝組大數(shù)據(jù)庫(kù)，科學(xué)家解析了番茄的育種路徑。人們是如何將1克左右的綠色野生番茄，培養(yǎng)成現(xiàn)在大于100克的紅色或粉色番茄，科學(xué)家認(rèn)為，首先野生番茄被馴化成為櫻桃番茄，就是我們通常說(shuō)的圣女果；櫻桃番茄再經(jīng)過(guò)改良成為大果番茄；大果番茄再通過(guò)不同的選擇形成不同類型的分化。
很多人會(huì)感覺(jué)，番茄的大小、顏色與風(fēng)味有關(guān)，科研發(fā)現(xiàn)，果重基因并不直接決定代謝物含量，而是通過(guò)連鎖周圍基因影響代謝物含量，科學(xué)家首次揭示了“搭車效應(yīng)”對(duì)代謝物的影響。
又如，粉色番茄比紅色番茄吃起來(lái)更“沙”，更好吃?？茖W(xué)家通過(guò)代謝組分析發(fā)現(xiàn)，粉色番茄跟紅色番茄并不僅是顏色的區(qū)別，它們之間上百種物質(zhì)發(fā)生了顯著變化，紅色番茄含有大量的類黃酮，還有多胺、多酚和番茄堿物質(zhì)，這些物質(zhì)才是影響番茄口感的主要成分。
“2017年1月，我們?cè)凇犊茖W(xué)》上發(fā)表的文章僅發(fā)現(xiàn)了33種主要控制番茄風(fēng)味的物質(zhì)，現(xiàn)在已經(jīng)擴(kuò)展到1000種，并且發(fā)現(xiàn)了影響番茄中多種維生素、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量的遺傳位點(diǎn)。”黃三文表示，這些研究結(jié)果為番茄果實(shí)風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的遺傳控制和全基因組設(shè)計(jì)育種提供了線路圖。
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