湘湖實驗室團隊“種出”全球首款爆米花味番茄：舌尖驅動的風味育種，正撥動“香氣開關”

有“爆米花”香味特征的栽培番茄試驗田。

想象一下，去電影院看電影，手上捧的不是爆米花，而是一桶爆米花味的番茄，會是怎樣一番情景？

近期，湘湖實驗室生物技術研究院植物代謝與生物合成團隊聯合澳大利亞阿德萊德大學等機構發文公布研究進展：利用CRISPR/Cas9基因編輯技術，團隊成功“種出”了有“爆米花”香味特征的栽培番茄。

科研團隊眼中的一次“日?！碧剿?，引發了大眾的熱情和好奇——如此“腦洞大開”的研究緣起何處，又有怎樣的價值？

鄭鵬在做實驗。

番茄風味找回計劃

2-AP（2-乙?；?1-吡咯啉），“爆米花”香氣的主要貢獻物質。曾有研究表明，在香米中，當BADH2基因受損失靈時，會導致香味物質2-AP含量升高。通俗來說就是，當我們限制BADH2基因的作用，稻米會散發出更濃郁的香氣。

3年前，湘湖實驗室副研究員鄭鵬讀到相關文獻時，一個念頭閃過：既然香米可以這么操作，番茄“體內”會不會也有相似的基因能“重現”這一結果？

在鄭鵬的幼時記憶中，家門口菜園里的番茄總會在一場雨過后很快泛紅，摘下來咬一口，汁水留香。但隨著市場化需求的演變，在番茄的品種選育規則中，高產量、耐儲運、抗病性強逐漸成為優先級，皮薄多汁的番茄因為不耐運輸，反而越來越難買到。這也是近些年很多人在討論的話題：現在的番茄，怎么沒有小時候那股誘人的番茄味了？

不止于此。作為全球消費量最大的果蔬之一，番茄品種繁多、種植分布廣泛，如果能從番茄入手破解基因機制問題，不光能找回番茄的風味，也能觸類旁通，為更多果蔬的風味研究帶來啟發。

于是，番茄風味找回計劃正式開始了。鄭鵬笑笑說：“實際的研究場景并沒有想象中的坎坷和轟轟烈烈，前半程主要在實驗室里完成，團隊需要分析目標基因是誰、在哪，研究如何敲除目標基因，再選取合適的番茄品種‘上手’實踐，比較前后的番茄果實在風味上有無明顯區別。”

起初，團隊從番茄基因組中鑒定出兩個BADH基因的“家族成員”——SlBADH1和SlBADH2。為了分析出誰在激發香氣中發揮作用，實驗分成三組，第一組單獨敲除SlBADH1，第二組單獨敲除SlBADH2，第三組同時敲除二者。

結果顯示，第三組番茄葉片和果實中的2-AP含量較第二組高出四倍以上。也就是說，敲除的兩個家族成員，都對激發番茄香味有所貢獻。

為得出確鑿結論，研究團隊一共做了四代番茄實驗。第一代的果實結出后收集種子再種植、結果，以確定基因型和表型是否穩定，也就是這一品種是否具備可遺傳性；三、四代則在杭州種業集團的農場大棚里做實驗，植株的總量也比實驗前期更多，種植了百來棵觀察。

盡管分子層面早已獲得預期結果，頭一回在大棚里聞到番茄散發的獨特香氣時，鄭鵬仍感受到莫大的驚喜。“你知道過程沒問題、結果應該是這樣，但分子層面的變化不一定總是帶來表型的改變，其實還是會有擔憂和忐忑，真的聞到了會特別安心和欣慰?！彼f。

這是業界首例具備“爆米花”香味特征的栽培番茄。更為關鍵的是，團隊在研究過程中關注到，改良后的栽培番茄在產量、可溶糖等指標上與原先品種并無顯著差異，這對于爆米花味的番茄真正走向農田、走向市場來說，無疑是個好消息。

實驗人員查看番茄遺傳轉化情況。

當“好吃”成為硬指標

從湘湖實驗室的實驗大樓到杭州種業集團的試驗大棚，3年多的研究只是開始。今年春節前，植物代謝與生物合成團隊的例會上，“爆米花”番茄的產業化相關工作成為議題之一。

“從科研角度，我們的研究主要是創制了一種全新的番茄種質。比起發表論文，我們更在乎的是這一科研結果能不能落地，在產業化應用方面產生價值，真正變成生產力。”鄭鵬說，之前實驗選用的是具備遺傳轉化潛力的栽培品種，現在，團隊已選取種植區域更廣、市場化更成熟的番茄品種進行測試，很快可以走向商業化育種。

以基因編輯和植物合成生物學等為基本技術創新手段，鄭鵬所在的植物代謝與生物合成團隊致力于探秘植物，試圖挖掘其特質背后的調控基因為何，解析其合成途徑與調控機制。研究大多圍繞功能性高值代謝物出發，也就是具有某些特定功能的高價值化合物，比如一些化妝品中的抗衰老、抗氧化的植物成分的研究。

“形象地說，你可以把我們研究的植物看作一個個‘生產車間’，根據植物合成這些功能性代謝物的難易程度，我們會選擇合適的生物技術，通過改變植物的代謝路徑，讓合成過程更高效?！编嶚i舉例，像某些藥物的主效成分，原先只在某些珍稀、少見的特定植物的某些組織中合成，“遇到這種情況，我們就研究、解析這些化合物的合成通路，想辦法打造新的‘生產車間’，讓它在其他更易獲得的植物上也能合成，以解決獲取來源不足的問題。”

風味也是功能性的一環，拿爆米花味的番茄來說，給風味做“加法”，追求的是番茄適口性的提升。

有趣的是，人類對風味的追尋，似乎經歷了一個輪回。早在原始農業時期，人們就憑借經驗與喜好保留更甜、更香、更軟、少苦澀的植物后代。隨著現代農業興起，高產、抗病、耐儲、外觀整齊等性狀成為育種的主要目標，風味一度被邊緣化，最典型的作物就是番茄，皮更厚、耐運輸儲藏的品種成為主流。

近些年的情況又有了變化。當人們的目光從“吃得飽”向“吃得好”甚至“吃出花樣來”升級，營養、風味等產量之外的因素越來越被重視，這些“口腹之欲”逐漸改變了市場風向，“好吃”成為硬指標，風味育種這一研究領域得以迅速發展。

實驗室溫室內種植的番茄苗。

育種端的“爭先”也與市場端的資源分配息息相關。全球范圍內，美國的傳家寶番茄（HeirloomTomatoes）、日本的桃太郎番茄等品種都以風味為賣點設立專屬貨架，售價遠高于普通番茄。國內近年來也在推廣普羅旺斯番茄、草莓柿子等風味突出的番茄品種，社交平臺上，有關“口感番茄”的推薦、品鑒帖熱度頗高。

換個視角看，品種的“推陳出新”也為農民帶去了更好的收益。比如在浙江廣泛種植的鮮食玉米，這幾年儼然是電商平臺上的爆款，部分即食包裝的鮮食玉米已實現“論根賣”。目前，浙江省種植的鮮食玉米中，省內自主選育品種占比達80%以上，全省鮮食玉米年總產值約40億元，優秀品種畝均收入超萬元。

風味由上百種化合物共同決定，香氣由誰來控制，研究者要尋到的正是“開關”。相較傳統育種模式，基因編輯方向性更明確，一定程度上加速了風味育種的進程。

2024年，中國農業科學院黃三文院士團隊曾在《自然》雜志發文，通過研究，團隊發現了番茄糖分積累的關鍵調控因子——敲除兩個基因，能讓番茄更甜，并且不會犧牲番茄的重量或產量。更早一些，中科院遺傳與發育生物學研究所高彩霞研究組通過基因組編輯，找到了精細調控草莓糖分含量的“開關”。

技術加持下，萬千作物的奧秘正被一一揭開。鄭鵬記得，即便已明確知道要敲除的目標基因，要確定最終基因序列、找到適合編輯的位點，團隊依然花了不少功夫去設計和評估。最終，團隊把“鑰匙”握在了手中，也由此推開了改良蔬菜風味的探索之門。