當(dāng)番茄植株生長出營養(yǎng)豐富的新鮮肉質(zhì)獲得豐收時(shí)，在逆境中易產(chǎn)量下降的“農(nóng)業(yè)困難戶”辣椒植株也開始防御了。它們會(huì)產(chǎn)生辣椒素，這種果實(shí)的次級代謝產(chǎn)物賦予辣椒辛辣味，以抵御捕食者。
從進(jìn)化的角度來看，紅辣椒是番茄長期失聯(lián)的烈性表親。它們是在1900萬年前從一個(gè)共同祖先身上分離出來的，仍然擁有一些相同DNA。
研究人員日前在《植物科學(xué)趨勢》上發(fā)表的一篇觀點(diǎn)文章指出，利用最新的基因編輯技術(shù)，番茄也可能產(chǎn)生辣椒素，盡管這是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
辣椒素的辛辣不是味道，而是對疼痛的反應(yīng)。它們刺激舌頭中的神經(jīng)細(xì)胞，處理熱引起的疼痛，大腦將其解釋為燒灼感。有證據(jù)表明，辣椒素的進(jìn)化有助于辣椒阻止小型哺乳動(dòng)物食用它們的果實(shí)。但鳥類是種子的“派送員”，對辣椒素沒有疼痛反應(yīng)。
辣椒被稱為“世界上最受歡迎的調(diào)味品”，但研究人員的目標(biāo)并不是要開始一場新的烹飪時(shí)尚——雖然這并不是完全不可能的，而是要用一種更簡單的方法來大量生產(chǎn)用于商業(yè)目的的辣椒素。這些辣椒素兼具營養(yǎng)和抗菌特性，用于止痛藥、胡椒噴霧等。
論文作者、巴西委索薩聯(lián)邦大學(xué)植物生物學(xué)家Agustin Zs?觟g?觟n表示：“將辣椒素類基因通路設(shè)計(jì)成番茄，會(huì)讓這種化合物的生產(chǎn)變得更容易、更便宜。”他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)用最先進(jìn)的基因組工程技術(shù)激活番茄辣椒素的生物合成，“是開發(fā)這些有價(jià)值的次生化合物的一個(gè)合適選擇”。
“我們有足夠強(qiáng)大的工具來設(shè)計(jì)任何物種的基因組，但挑戰(zhàn)在于知曉要設(shè)計(jì)哪些基因以及它們在哪里。”Zs?觟g?觟n說。
目前至少有23種不同類型的辣椒素，均來源于辣椒的果核。但即使在同一品種的果實(shí)中，由于環(huán)境對辣椒素水平的強(qiáng)烈影響，辣味也不一致。辣味是由調(diào)節(jié)辣椒素生產(chǎn)的基因決定的，而不太辣的辣椒有影響這一過程的突變。
辣椒素類化合物的生物合成受到辣椒果實(shí)基因型—環(huán)境相互作用的強(qiáng)烈影響。辣椒素水平具有很高的可塑性。先前的基因測序工作表明，番茄中也存在辣椒素類生物合成途徑的非活性基因，但沒有啟動(dòng)它們的機(jī)器。
“理論上，你可以用這些基因在番茄中產(chǎn)生辣椒素。”Zs?觟g?觟n表示，“因?yàn)槲覀儧]有關(guān)于番茄生產(chǎn)辣椒素途徑表達(dá)模式的可靠數(shù)據(jù)，所以我們必須嘗試其他方法。一種方法是一次激活一個(gè)候選基因，看看會(huì)發(fā)生什么，會(huì)產(chǎn)生哪些化合物。”
辣椒基因組的測序、番茄具有刺激性必需基因的發(fā)現(xiàn)，為通過靶向基因組操作生產(chǎn)辛辣番茄的工程化鋪平了道路。研究人員認(rèn)為，這項(xiàng)努力不僅為了解辣椒素在不同茄科植物中的進(jìn)化和分化提供了依據(jù)，并允許番茄辣椒素類生物活性的發(fā)展，而且可能開發(fā)一些新品種農(nóng)產(chǎn)品。
