番茄里藏有“快樂(lè)密碼”

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

作者：洪敬譜 劉加華

你相信嗎，餐桌上常見(jiàn)的番茄，除了富含豐富的維生素C、番茄紅素等營(yíng)養(yǎng)精華外，還藏著讓人天然“快樂(lè)激素”——血清素。1月14日，記者從安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)獲悉，該校生命科學(xué)學(xué)院牛慶豐教授團(tuán)隊(duì)的相關(guān)研究，揭開(kāi)了番茄果實(shí)成熟過(guò)程中血清素積累的神秘面紗，為培育高營(yíng)養(yǎng)番茄品種提供了全新思路和重要途徑。相關(guān)成果日前刊發(fā)在《植物生物技術(shù)》上。

血清素又稱5-羥色胺，是調(diào)節(jié)情緒、改善睡眠的重要神經(jīng)傳遞類活性物質(zhì)，因能催生愉悅感與幸福感，也被稱為“快樂(lè)激素”。團(tuán)隊(duì)在研究中發(fā)現(xiàn)，這種物質(zhì)同樣存在于番茄等植物中，在其生長(zhǎng)發(fā)育及逆境防御反應(yīng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

牛慶豐教授（中）團(tuán)隊(duì)在溫室中觀察高血清素番茄“快樂(lè)番茄”的生長(zhǎng)狀況。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)供圖

番茄的血清素水平，就像被精密調(diào)控的“營(yíng)養(yǎng)天平”，而團(tuán)隊(duì)找到了這架天平的“調(diào)控開(kāi)關(guān)”。研究發(fā)現(xiàn)，番茄基因組中兩個(gè)相鄰基因FUL2和MADS1構(gòu)成轉(zhuǎn)錄調(diào)控模塊，協(xié)同管理血清素代謝。它們一方面激活關(guān)鍵酶基因ASMT5，促進(jìn)血清素轉(zhuǎn)化為褪黑素；另一方面抑制合成基因TDC1的活性，減少原料供應(yīng)。通過(guò)這一“一促一抑”的精準(zhǔn)調(diào)控，番茄果實(shí)中的血清素水平保持在合理范圍。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)利用基因編輯技術(shù)敲除其中任一基因后，番茄血清素含量升至野生型10倍，同時(shí)果實(shí)成熟延遲、體積縮小。

牛慶豐教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制的高血清素番茄。安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)供圖

團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步聚焦血清素上游關(guān)鍵基因SlTDC1（番茄色氨酸脫羧酶基因），通過(guò)編輯其啟動(dòng)子區(qū)域的特定序列，成功提升該基因的翻譯效率，培育出血清素含量提高1.8—3.1倍的番茄新株系，且植株生長(zhǎng)與果實(shí)發(fā)育未受影響。“這意味著，通過(guò)分子設(shè)計(jì)育種，未來(lái)有望培育出富含血清素的‘快樂(lè)番茄’。”牛慶豐表示。

該研究首次系統(tǒng)闡釋MADS-box轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控植物血清素代謝的分子路徑，深化了人們對(duì)果實(shí)成熟與代謝網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)的認(rèn)知，也為作物營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的精準(zhǔn)改良提供了新理論與新方法。

牛慶豐表示，隨著基因組學(xué)與基因編輯技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)該技術(shù)還可延伸至其他作物，助力開(kāi)發(fā)更多功能型農(nóng)產(chǎn)品，讓日常飲食既健康又愉悅。