番茄甜度的密码在哪里

实验用的番茄。 （受访者供图）

CDPK27工作模型。

深圳商报记者 张妍

通讯员 马昕怡

北京时间11月14日，国际顶级期刊《自然（Nature）》上再现深圳科学家身影。中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）（以下简称“基因组所”）、中国农业科学院蔬菜花卉研究所和山东省农业科学院蔬菜研究所联合发表题为“Releasing a sugar brake generates sweeter tomato without yield penalty”的研究论文。

该研究成果找到了决定番茄甜度的基因密码，阐明了果实糖积累的调控机制，并通过基因编辑技术解决了番茄育种中兼顾品质和产量的难题。

番茄个头越大甜度越低

番茄，即可作蔬菜，又可作水果，是世界上产值最高的蔬菜作物，也是栽种最为普遍的果菜之一。

近年来，越来越多人抱怨“番茄越来越没有番茄味了”。为了追寻“儿时的美味番茄”，基因组所研究员、中国科学院院士黄三文与来自14个国家的300多位科学家携手组成“番茄基因组研究国际协作组”，最终构建首个番茄图泛基因组，绘制了迄今最完整的番茄遗传变异图谱，结合多组学关联分析，找回了番茄“丢失的遗传力”。

在此基础上，科学家不断深入研究，破解更多番茄的美味密码。科学家发现，糖含量是影响番茄口感的重要因素，大多数人更喜欢偏甜的番茄。然而，糖含量与果实大小呈负相关，也就是越小的番茄越甜。可现有的番茄商业品种，尤其是大果番茄中糖含量普遍偏低。

要让番茄更甜，首先要明白番茄为什么会甜？

研究发现，番茄果实中的糖主要以果糖和葡萄糖的形式积累。在果实成熟过程中，叶片光合作用的产物不断地以蔗糖形式运输至果实，再通过蔗糖合酶、转化酶等分解为果糖和葡萄糖，从而使果实糖分不断积累。

为了传宗接代番茄“自降”甜度

在番茄果实成熟过程中，糖含量并不会持续增加，尤其在果实转色后，糖含量反而会出现些许降低。

此前，个中原因并不清楚。

在此研究中，科学家通过全基因组关联分析，鉴定到抑制果实糖积累的刹车基因CDPK27及其同源基因CDPK26。这对基因在果实成熟过程中表达量不断提高，可通过磷酸化蔗糖合酶SUS3促进其降解，从而抑制葡萄糖和果糖在果实中的积累。

番茄为什么要通过抑制蔗糖合酶SUS3积累来降低自己的甜度呢？

切开番茄果实，我们能够看到包裹其中的种子。开花植物能够更好地“传宗接代”，很大程度依赖于能否产生健壮的种子。番茄果实在成熟过程中，首先要保障种子有足够的能量供应，这对基因在果实成熟过程中抑制糖分积累，很可能是为了确保种子后期的正常发育。

可让番茄糖含量提高三分之一

据了解，该研究项目于2017年初立项，科研人员们就将寻找果实糖积累的调控机制，解决番茄育种中兼顾品质和产量的难题作为出发点。

研究团队先后在北京、山东、广东等地广泛种植番茄材料，调查了近3000株，共计20000余个番茄果实的表型。5年间，科研人员克服了重重困难，连续收集了各地材料的表型数据，最终确定了CDPK27/26作为糖积累刹车基因的功能。

科研人员通过对CDPK27/26基因编辑，可显著提高蔗糖合酶蛋白SUS3的稳定性，并将葡萄糖和果糖含量提高30%以上，且果实大小和单株产量没有显著变化，成功解决了提高果实糖含量但不影响果实大小的育种难题。