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榴蓮臭味之謎

榴蓮臭味之謎

新加坡的研究人員以貓山王榴蓮為樣本,首次公佈了榴蓮的完整基因組序列,並為我們揭曉了榴蓮“臭味”之謎。一些學者認為,這項成果具有潛在的應用價值。

榴蓮由於含有豐富的營養成分,被譽為“水果之王”,但是其散發出來的刺激性氣味,卻讓很多人避而遠之。郁達夫先生曾在《南洋遊記》中寫道“榴蓮有如臭乳酪與洋蔥混合的臭氣,又有類似松節油的香味,真是又臭又香又好吃”。不過,人們一直沒弄明白榴蓮為什麽會有如此獨特的氣味。最近,新加坡研究人員完成了榴蓮的全基因組測序工作,找到了榴蓮刺激性氣味的原因,卻也引來一些爭議。

“臭味”基因

榴蓮受到越來越多中國消費者的喜愛。據澎湃新聞網援引聯合國數據報道,近年來,中國的榴蓮進口量每年以26%的速度增長,2016年榴蓮進口額達11億美元,榴蓮也成為中國第四大進口水果,僅次於香蕉、櫻桃、葡萄。中國旺盛的市場需求極大地刺激榴蓮主產地泰國、馬來西亞和印度尼西亞等東南亞國家的種植熱情,也引發科學家對榴蓮品種改良等科研領域的興趣。

榴蓮揮發性氣味的主要成分已被研究得較為清楚。據一項研究表明,榴蓮果肉的揮發性氣味中含有約20種化合物,其中二烯丙基三硫醚、二烯丙基二硫、二烯丙基四硫醚、S-三聚硫代甲等含硫類化合物的含量佔一半以上,是榴蓮“臭味”的主要來源。不過榴蓮為什麽會聚集如此多的含硫類化合物呢?

2017年10月9日,杜克-新加坡國立大學醫學院、新加坡國立癌癥研究中心等研究機構的科研人員,在《自然遺傳學》(Nature Genetics)雜誌上發表研究成果,以貓山王(Musang King)榴蓮為樣本,首次公開了榴蓮的完整基因組序列,並為我們揭曉了榴蓮“臭味”之謎。

研究人員使用單分子DNA測序和染色體拼接技術,為貓山王榴蓮組裝了一個高質量參照基因組。研究人員估計榴蓮基因組大小約為7.38億個堿基對,約為人類基因組大小的四分之一,但是榴蓮基因數量約為4.5萬個,是人類基因數量的2倍。這也是迄今完成的第三種錦葵目植物和第一種山芝麻亞科植物的基因組測序工作。

研究人員還利用所獲得的榴蓮基因組序列對榴蓮的物種進化進行了分析。通過與多個已測序的植物基因組進行比較,研究人員發現榴蓮與可可、棉花親緣關係較近,榴蓮大約是在6200萬年以前從與可可樹和棉花的共同祖先分離的。進一步分析發現,榴蓮與可可的60%基因組序列位於相同染色體的同一位置,也說明榴蓮與可可的親緣關係較近。在染色體位置相同的基因中,約有75%的基因為多個拷貝,而且有一些基因拷貝數的增加,在這些物種形成過程中起到非常關鍵的作用。

不過,這項研究最引人矚目的是發現了榴蓮“臭味”有關的基因。研究人員通過比較三種主要榴蓮栽培品種(貓山王榴蓮、金枕榴蓮和彭瑪尼小榴蓮)的基因表達差異,發現一種叫蛋氨酸γ-裂解酶的基因拷貝數存在顯著差異。蛋氨酸是生命體中含硫元素的兩種氨基酸之一,參與多種生理代謝過程,細胞內有一套穩定的蛋氨酸合成和分解機制,而蛋氨酸γ-裂解酶則負責將蛋氨酸分解,釋放出含硫元素的化合物。蛋氨酸γ-裂解酶基因在可可基因組中只有1個拷貝,在棉花基因組為2或3個拷貝,而在榴蓮基因組的拷貝數則增加至4個,表明榴蓮將蛋氨酸分解成甲硫醇等硫化物的能力更強,這可能是榴蓮“臭味”產生的主要原因,而蛋氨酸γ-裂解酶基因拷貝數倍增則可能源於榴蓮物種形成之初所發生的一個大規模基因組復制事件,這一現象也發生在棉花基因組上。

除了蛋氨酸γ-裂解酶基因,研究人員還發現其它一些與含硫化合物的代謝途徑相關的基因,這些基因在果實榴蓮成熟期間的表達更加活躍,而且榴蓮果實器官中的硫代謝基因活性水平高於非果實器官中的。相比於另外兩種榴蓮栽培種,貓山王榴蓮中含硫化合物的代謝途徑也更活躍,這也解釋了為什麽貓山王榴蓮比其它榴蓮品種的“臭味”更濃。

“吃貨”資助

這項研究無疑是一種榴蓮研究領域的里程碑研究成果,其研究論文也發表在《自然遺傳學》雜誌上。《自然遺傳學》雜誌是英國自然出版集團旗下的一本發表生物學前沿研究的國際頂級學術期刊,一旦在這一雜誌發表學術論文,主要研究人員的學術地位有可能得到大幅提升,一系列榮譽也會隨之而來。

不過,這項研究卻被很多新加坡民眾質疑。他們紛紛在新加坡國立癌癥研究中心、杜克—新加坡國立大學等機構發佈的新聞後面留言指出,新加坡既不是榴蓮的主產國,消費總量也不大,而且癌癥研究中心和醫學院的科學家不好好研究醫學問題,跑去研究榴蓮基因組,顯然是不務正業,嚴重浪費科學家的時間和珍貴的科研資源。

該研究的第一作者,來自新加坡國家癌癥中心的Teh Bin Tean教授隨後對媒體表示,自己是一名榴蓮愛好者,對基因如何影響榴蓮的氣味非常感興趣,而這項研究所花費的50萬美元竟然是來自一群匿名的榴蓮愛好者的私人資助,因此他和他的同事決定開展這一項與他們的研究領域不太相關的研究,之後花費了他們兩年時間完成。

當然,也有人對新加坡科學家開展這樣一項重要的研究表示羨慕。在榴蓮基因組序列公佈不久,印度尼西亞全球之聲(Global Indonesia Voice)網站發表了一篇題為《榴蓮基因組被揭曉,但不是在印度尼西亞》的文章,該文章提到,印度尼西亞是榴蓮的故鄉,也是世界第三大榴蓮的主產國,為什麽沒有開展類似的研究。該文章也對其中的原因進行了分析,指出主要由於印度尼西亞缺乏足夠的科研經費,無法參與類似科研的國際競爭,印度尼西亞的科研經費比重不到GDP的1%,而且鄰國馬來西亞達到5%。缺乏高素質的科研人員也是印度尼西亞科學研究水平提升的短板。

潛在用途

一些學者認為,榴蓮的基因組測序完成具有重要的潛在應用價值,比如該研究團隊掌握的基因組測序技術和經驗可用於其它植物的基因組研究,包括很多藥用植物。從植物中提取藥用成分具有悠久的歷史,比如從紅豆杉的樹皮中提取的紫杉醇已成為重要的抗乳腺癌藥物,批準治療乳腺癌、宮頸癌、肺癌等多種癌癥,紫杉醇抗腫瘤藥物的全球銷售額已達到40億美元以上。青蒿素則是另一個成功的例子,中國中醫研究院屠呦呦教授領導的科研團隊從黃花蒿莖葉中提取的青蒿素為治療瘧疾作出重大貢獻,在治療系統性紅斑狼瘡與盤狀紅斑狼瘡等疾病上也有較好的療效。2015年,屠呦呦也因為青蒿素的發現,獲得諾貝爾生理學或醫學獎,成為第一位獲得諾貝爾科學獎項的中國本土科學家。

最近,廣東藥科大學研究人員在榴蓮果肉中分離出2種新的三貼化合物、3種酚類化合物和7種葡萄糖甘酯,並通過體外試驗證明這些成分具有顯著的抗炎癥活性。同樣,其他研究人員從榴蓮果肉中發現多種抗氧化、抗高血壓等的功能成分,有一些成分甚至在治療多囊卵巢綜合征等領域具有應用潛力。

新加坡國家癌癥中心的研究人員則希望將這些榴蓮基因組研究成果應用到榴蓮新品種培育上。目前全球共有榴蓮栽培種三十多種,但是很多栽培種已經處於瀕危狀態,榴蓮基因組信息的發現,將有助於這些栽培種的鑒定和多樣性保護,同時也將有助於培育出更多的優良品種。

盡管轉基因作物面臨一些反對聲音,但是全球種植面積逐年增加。據國際農業生物技術應用服務組織(ISAAA)報告顯示,全球基因修飾作物的種植面積從1996年的170萬公頃迅速上升到2016年的1.851億公頃,實現了110倍的增長,顯示轉基因作物已成為保障全球糧食安全和農民增收的重要力量。在美國和中國,耐儲藏的轉基因木瓜已有十幾年的種植和食用歷史。最近,早在2015年被批準種植和銷售的一種不易褐變的基因沈默轉基因蘋果正式在美國超市中上市銷售,且不用進行標識。一旦相關成果獲得市場認可,預計未來幾年將會有更多的轉基因水果獲準上市。

利用基因修飾技術培育榴蓮新品種有兩個主要方向,一種是通過將蛋氨酸γ-裂解酶等控制含硫氨基酸分解的關鍵酶的基因進行修改,可以降低這些酶類的表達水平,有望減少刺激性氣味的產生,從而培育出無臭味的榴蓮品種,另一個方向則是培育糖分含量較低的榴蓮品種,有利於糖尿病人享受榴蓮的美味。一些參與榴蓮基因組研究的研究人員計劃用2到3年培育出沒有刺激性氣味的榴蓮新品種,也就是說,在不久的將來,榴蓮愛好者也有望在一些公共場所對榴蓮大快朵頤了。

【華發網根據南方周末採編】


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