基因編輯新突破：打造超級蔬果的未來

科學家們最近在基因研究領域取得重大進展，這項突破可能讓全球的番茄和茄子變得更大、更美味。約翰霍普金斯大學和冷泉港實驗室的研究團隊成功解碼了茄科作物的基因組，並發現了控制果實大小的關鍵基因。透過CRISPR基因編輯技術，他們找到了調控這些基因的方法，為培育更大、更美味的蔬果鋪平了道路。

這項研究成果不僅能提升蔬果的風味，還能提高農業效率，特別是在一些地區，當地作物的果實過小，難以進行大規模種植。這項技術的應用，將有助於開發改良的傳統番茄和茄子品種，並支援全球農業的發展。研究結果已於3月5日發表在《自然》期刊上。

「一旦完成基因編輯，只需要一顆種子就能引發一場革命，」約翰霍普金斯大學的遺傳學家、也是「端粒到端粒」人類基因組計畫的共同主持人Michael Schatz表示。「在獲得適當批准後，我們可以將經過基因改造的種子寄送到非洲或其他需要的地方，開拓全新的農業市場。這項技術的潛力巨大，能夠將科學進展轉化為實際的影響力。」

這項研究是更大規模計畫的一部分，旨在解碼22種茄科作物的完整基因組，包括番茄、馬鈴薯和茄子，以更好地理解和改良它們的基因特性。透過計算分析，研究人員比較了這些作物的基因組圖譜，並追溯了基因在數千萬年中的演化過程。他們發現，超過一半的基因在過去曾發生過複製。

「在數千萬年的時間裡，DNA序列不斷地增加和消失，」Schatz解釋道。「同樣的過程也發生在基因序列上，整個基因可能會複製或消失。當我們開始研究時，發現這些變化非常普遍，但當時我們還不知道這些變化對植物意味著什麼。」

為了進一步探索，Boyce Thomson研究所的研究人員使用CRISPR-Cas9基因編輯技術，對基因的一個或兩個複製體進行調整，而冷泉港實驗室的團隊則負責培育這些經過基因編輯的植物，觀察它們的成熟過程。結果顯示，基因的複製體（即旁系同源基因）對開花時間、果實大小和形狀等特性起著關鍵作用。

例如，當研究人員關閉澳洲原生森林茄中的CLV3基因的兩個複製體時，植物呈現出「奇怪、氣泡狀、雜亂無章」的形狀，無法作為商品銷售。然而，當他們只編輯其中一個複製體時，果實卻變得更大。

「擁有這些物種的完整基因組序列，就像獲得了一張新的藏寶圖，」Katharine Jenike表示，她在研究期間負責組裝基因組序列，並曾是Schatz實驗室的博士生。「我們可以看到基因路徑在何時何地分叉，並探索那些我們原本不會想到的基因資訊區域。這讓我們在一個意想不到的地方找到了控制果實大小的基因。」

在非洲茄子中，研究人員發現了一個名為SaetSCPL25-like的基因，它控制著果實內種子腔（即心室）的數量。當他們在番茄中編輯這個基因時，發現可以培育出具有更多心室的番茄，而心室越多，番茄的體積就越大。

「這項工作展示了同時研究多種物種的重要性，」Schatz強調。「我們利用了幾十年來在番茄基因學上的研究成果，快速推進了非洲茄子的研究，並在這個過程中發現了全新的基因，這些基因反過來也能應用於番茄的改良。我們稱之為『泛基因學』，這為全球餐桌帶來無數新的水果、食物和風味開創了無限可能。」

參考文獻：Solanum pan-genetics reveals paralogues as contingencies in crop engineering, 2025年3月5日, Nature. DOI: 10.1038/s41586-025-08619-6