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基因组学出手助番茄复“味”—新闻—科学网

发布时间:2017-12-04 阅读:

  基因组学帮助番茄复杂“品味” - 新闻 - 科学网

  在“更好的番茄”的标题中,1月27日的“科学”杂志涵盖了中国和美国科学家在番茄风味改良的化学和遗传学路线图方面的成就。在同一时期,两国科学家的合作已经发表论文。与此同时,“自然”杂志也在网上发表了一个亮点。

  科学与自然之所以如此重视这个小西红柿,是因为西红柿既是一种非常受欢迎的蔬菜,据2014年世界粮食组织统计,全球番茄产值达962.8亿美元;最喜欢的生物学家之一,他们是植物遗传学领域的老鼠。

  中美两国的科学家如何研究可以感受到的味道,却看不到这种感人的特征呢?用什么方法解释番茄基因组9亿个碱基对,大数据1200万个变种?消费者什么时候能吃更美味的西红柿有了这些问题,“中国科学通报”的记者就加入了由中国农业科学院基因组研究所实验室第一作者朱光Dr.博士,黄三文研究员共同撰写的联合论文和蔬菜花卉研究所。

  寄给美国番茄学院的邮件

  2013年10月13日,美国科学院院士,美国佛罗里达大学教授哈利克利在北京第十届国际茄科学院做主题发言。

  但让他期待的是,会后他将拜访蔬菜研究员黄三文化验室,并就今后的科研合作进行探讨。这一切都源于“纽约时报”的一个故事,以及黄三文和克利的电子邮件。

  这正是人类解决番茄基因组后的第二年。 “纽约时报”2013年8月26日的一篇文章介绍了克利对番茄风味的研究,当时克利利用分子生物学等传统手段研究了番茄形成机制的味道,他发现了几个与番茄有关的基因并且知道确定番茄风味的化合物与甜味和酸味相关,甚至包括超过400种挥发性物质。

  当时,Klee希望在三到五年内开发一种更好的,商业上可用的新型番茄品种。然而,接下来的任务是处理大量的番茄基因,这些基因不知道会产生什么样的效应,以及产生挥发性物质的途径不明。更不用说风味是一种看不见的性格,不像产量,抗病性,形状,颜色和颜色一样容易量化。因此,传统的育种手段缺乏有效的育种手段。

  就在这时,远在中国的海洋,黄三文也开始利用番茄的全基因组来尝试培育新的甜味品种。 “纽约时报”在8月30日阅读“黄金时代”之后,黄先生给克利发了一封短信,邀请他到实验室参观,主动提出在双方的帮助下,黄小姐的基因组方法论协作与克利团队的番茄风味问题研究。

  十四小时后,黄三文接到克利的回信。他非常感兴趣地提出了一个完全大写的提案,并且要和黄的实验室进行交流合作。

  黄三文告诉“中国科学报”记者:我们的基因组学方法为番茄风味改良提供了一种新的有效的研究手段,使科学家们能够改变一种看不见的性格。

  经过三年多的时间,番茄风味改良的愿景终于由化学和基因组学相结合,从概念转向路线图。

  我希望我能吃一个孩子的番茄!

  很多人都有这样的经历,现在蔬菜不如小孩好吃。我希望我可以吃一个孩子的番茄!童年的味道往往只存在于记忆中,如果它没有品尝那种特别的味道,就很难被唤醒。

  然而,口味或风味对于描述作物性状是非常困难的,影响它的因素是复杂的,并不是由一种或两种化合物或基因决定的。

  2012年,全长9亿个番茄的全基因组图谱被破解,黄三文研究团队负责11号染色体的测序(总共12条染色体)。 2014年,黄山文本小组继续组织番茄全基因组变异图解读,发现了1200万个基因组变异。为了在这样大的数据中找出决定番茄风味的基因,必须解决两个问题。

  首先,什么是美味的番茄?解决这个问题的黄三文被称为消费者参与育种。过去,育种者主要关心果实的重量和植物的抗病能力。随着人们生活水平的提高,消费者更关心水果的风味和健康,因此,克利实验室邀请了来自美国不同年龄,种族和性别的170位品尝专家品尝风味的化学基础。

  此前,他们从400多种番茄代谢产物中挑选了68种可能的口味,而品尝专家对78种番茄代谢产物进行了严格的品尝测试,收集了每种番茄的感官指标,包括总体偏好,风味浓度,甜度,鲜味等。反过来,他们测量了78种主要水果物质,并利用数据模型分析确定了影响消费者偏好的33种关键风味产品,包括葡萄糖,果糖,柠檬酸,苹果酸和29种挥发性物质。

  吃甜食的西红柿不一定含糖量高,因为多种挥发性物质会增加膳食的甜度。

  克莱说:“确定番茄风味的化学基础是风味改善的第一步。

  接下来的问题是如何在庞大的番茄基因库中找到产生这些物质的合成途径基因和调控基因。

  为了鉴定番茄种质中的优良基因,我们对全世界400个代表性的番茄种质进行了全基因组测序和多点表型分析。全基因组关联分析和连锁分析最终鉴定了200多个影响27种风味物质的主要基因位点。朱光said说。其中两个基因控制番茄的糖含量,五个控制酸含量。

  黄三文说,关键是确定杂交番茄育苗苗期所需的遗传类型,以大大提高育种效率,最终找到目标新品种。这是番茄风味路线图的分子设计育种和改良。

  我们所有的研究都关注质量

  作为黄的一部分工作转移到了新成立的农业科学院基因组研究所,为了加强密切合作,克利教授和他的助手Denise Tieman分别担任兼职和兼职研究员。接下来,来自中国和美国的科学家们发现了为什么现代西红柿不如西红柿好吃。

  朱光涛告诉记者,基因组分析发现,含糖量在全基因组的驯化区只是下降,大多数物种都选择了低含量的基因型。

  由于现代育种者主要关注果实的重量,他们怀疑这种强烈的选择可能源于果实重量和糖含量之间的负相关性。分配给光合产物的果实是肯定的,果实越大,糖含量通常会越低。黄三文说,通过分析风味物质的遗传基础和良好基因的发现,将优良基因恢复到现代品种是实现番茄品质育种目标的下一步。

  我们所有的研究都关注质量。黄三文向记者强调,他们有更好的选择提高番茄风味。

  挥发性物质不仅通过嗅觉直接影响番茄的风味,而且通过增强进食时的口感来增强果实的风味,其中一些甚至可以增加果实的甜度而不管糖的含量如何。但是,其果实含量很低。在这些物质的调节中,只有很小的生产成本,可以显着增加番茄风味。

  通过分子设计育种来增加这些挥发性物质的含量,不仅可以避免因含糖量造成的产量损失的增加,而且还可以开发出更适合糖尿病人群的优质番茄。黄三文说。

  中美两国科学家正在加紧培育新的番茄品种。我们的研究为番茄风味的改善提供了坚实的基因路线图。利用这种重要物质的基因位点和代谢途径,我们将能够恢复在现代品种中失去的番茄风味。克利对番茄风味的改善充满信心。

关键词: 自然科学