英國科學(xué)家利用基因編輯技術(shù)培育出富含維生素D的“超級西紅柿”

　　維生素D是一種人體必需的維生素，在維持體內(nèi)鈣磷穩(wěn)態(tài)，保持骨骼、牙齒和肌肉健康方面發(fā)揮著重要作用。此外，它還具有調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞功能、抗炎、抗氧化等作用。

 

　　雞蛋、奶制品和油性魚類都是維生素D的主要來源。然而，對于那些素食者或易過敏體質(zhì)的人來說，很難選擇這類飲食。此外，蘑菇和酵母也可作為維生素D2的來源；但在一些流行病學(xué)研究中，維生素D2的生物效應(yīng)遠遠低于維生素D3。還有一種補充維生素D的方法，那就是曬太陽；但需要注意的是，長時間曬太陽可能面臨皮膚癌的風(fēng)險。

 

　　除此之外，只有藥物形式的維生素D補充劑；但很多人不愿意每天都“吃藥”。

 

　　2022年5月23日，發(fā)表在《Nature Plants》上的一項最新研究中，來自英國諾里奇研究園的科學(xué)家團隊提供了一種新的選擇。他們利用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)改造了西紅柿。食用這種“超級西紅柿”所獲得的維生素D相當(dāng)于食用兩個雞蛋或28克金槍魚。

 

　　目前，由于膳食攝入不足，維生素D缺乏癥已成為全球健康的主要問題，影響著約10億人口，而且這一數(shù)字還在不斷增加。已知維生素D缺乏會削弱免疫功能并導(dǎo)致炎癥，還與癌癥、帕金森病、抑郁癥、神經(jīng)認(rèn)知功能下降、癡呆癥等多種疾病的嚴(yán)重程度和風(fēng)險增加有關(guān)。

 

　　為了解決部分人口維生素D攝入不足的問題，科學(xué)家們基于植物開發(fā)出一種新的維生素D膳食來源。

 

　　前面提到，曬太陽可以補充維生素D，那是因為我們皮膚皮脂腺及其分泌物中的7-脫氫膽固醇（7-DHC）是維生素D3生物合成的前體，在暴露于戶外紫外線（UVB）時可以合成維生素D3。

 

　　實際上，7-DHC也存在于包括番茄在內(nèi)的一些植物的葉片和未成熟的綠色果實中。因此，暴露于UVB的番茄葉片也會產(chǎn)生維生素D3。然而，7-DHC通常不會在果實中積累，而是隨著果實成熟，合成了膽固醇和甾體糖生物堿（SGA）。

 

　　此前已有研究發(fā)現(xiàn)，包括番茄在內(nèi)的茄科植物中，存在一條重復(fù)的途徑，其中，7-DHC還原酶（Sl7-DR2）的一個特定的異構(gòu)體將7-DHC合成為膽固醇，用于在葉片和果實中合成α-番茄堿。因此，Sl7-DR2成為了關(guān)鍵“角色”。

 

　　在這項新研究中，研究人員使用CRISPR-Cas9基因編輯技術(shù)敲除了編碼Sl7-DR2的基因，以試圖讓7-DHC在成熟的番茄果實中積累。他們發(fā)現(xiàn)，Sl7-DR2失去活性后并沒有影響植物甾醇和油菜素內(nèi)酯的生物合成，對番茄品系的生長、發(fā)育或產(chǎn)量也都沒有影響。相反，Sl7-DR2的失活導(dǎo)致番茄葉片和未成熟的綠色果實中7-DHC的水平大幅增加。

 

　　為了將7-DHC轉(zhuǎn)化為對人體有益的維生素D3，研究人員隨后將番茄進行了UVB照射。他們發(fā)現(xiàn)，一個番茄中的7-DHC轉(zhuǎn)化為維生素D3后，其含量相當(dāng)于兩個中等大小的雞蛋或28克金槍魚中的維生素D3含量。

 

　　研究人員表示，經(jīng)過基因編輯的番茄看起來和普通番茄沒什么區(qū)別，味道也一樣，而且基因編輯不會影響番茄的生長、發(fā)育或產(chǎn)量。

 

　　該研究通訊作者、諾里奇研究園教授Cathie Martin說：“吃一個西紅柿總比吃一片藥片感覺要好得多。我認(rèn)為，以植物形式攝入維生素D你還可以從中獲得更多益處。無論如何，我們吃的水果和蔬菜都不夠。西紅柿還是很好的維生素C來源。”

 

　　目前，英國正在進行這項試驗，以評估在戶外種植番茄植株是否會導(dǎo)致7-DHC轉(zhuǎn)化為維生素D3。第一批果實預(yù)計將在6月底成熟。

 

　　Martin表示，這項基因敲除技術(shù)也可以應(yīng)用于其他茄科植物，如甜椒、辣椒、茄子和土豆。

 

　　此外，經(jīng)過基因編輯的番茄植株的葉子也含有大量的7-DHC。該團隊正在尋找將這些廢物轉(zhuǎn)化為植物維生素D補充劑的方法。

 

　　論文鏈接：

 

　　https://www.nature.com/articles/s41477-022-01154-6