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藉泛基因組研究找回番茄原有風味

2019/05/28 @國際

藉泛基因組研究找回番茄原有風味

  不少美國民眾發現,自商店購買的番茄(Cultivated tomato, Solanum lycopersicum)似乎不如記憶中的味道,似乎已失去原有風味(flavor)。透過泛基因組(pan-genome)的研究,或許能找回番茄原先具有之風味,並釐清風味變調的原因。泛基因組係指同一物種中,包含其品系、亞種等各個基因組在內的總集合。釐清一個物種的泛基因組,有助於釐清物種的演化史及遺傳背景,更有助於重建園藝品系間的親緣關係。利用泛基因組的分析技術,加上演化學的觀點,或許能進一步發現少數關鍵的基因。以美國農業部(U.S. Department of Agriculture)農業研究局(Agricultural Research Service)為首的研究團隊,首次在番茄泛基因組研究上取得重大的研究成果。
  研究團隊利用少數已知品系的全基因組作為參考基因組(reference genome),藉此比對725個番茄品系並獲取其中的基因組資訊。研究團隊在比對的過程中發現有別於參考基因組中已知的基因,共發現4,873個新興基因。據推測,這些消失在主流品系中的基因,可能是在先人馴化、育種及針對特定性狀選拔等選汰壓力下,面臨嚴重的瓶頸效應(bottleneck effect),導致世代間發生基因丟失(gene loss)現象,許多遺傳性狀因此在世代間消失,令原本高遺傳多樣性的基因庫逐漸喪失其多樣性。所幸透過泛基因組的研究方法,研究團隊得以找尋出育種過程中失去的遺傳因子,並找回原有的風味。
  在番茄中,TomLoxC負責生合成維生素A的前驅物,以及生合成與風味相關的揮發性有機脂肪酸。在番茄的泛基因組的研究結果中發現,TomLoxC某特定對偶基因(allele,又稱作等位基因)僅存在於少數栽培品系或族群。雖然野生族群中有高達91%的比例擁有這型對偶基因,然而該對偶基因在主流的栽培品系中相當稀有,並僅存在於舊有的栽培品系中。研究團隊推論,種植者為了選拔出高產量、長存放時間、抗病、抗旱等性狀,在選汰的過程中忽略了與口感、風味相關的性狀特徵,這導致該對偶基因在世代間逐漸消失,形成低基因頻率的罕見對偶基因(rare allele)。研究團隊的重大發現,為逐漸消失的番茄風味提出合理的解釋,並希望透過泛基因組的研究,提供育種者更全面的遺傳背景。
  該研究由美國國家科學基金會(National Science Foundation)等單位資助,研究成果已發表在<Nature genetics>。

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