科學課上 大家「吃」出番茄美味的基因「密碼」

2023-03-31 16:21:10 1

10月18日上午，大鵬第二小學五年級一班的科學課上來了一位新老師，他還帶來了兩份大家平時喜歡吃的番茄，這究竟是怎麼回事？  

原來這是大鵬新區2018年行知科普系列主題活動之一，這節走進校園的「農業基因組學」主題科學課，邀請了中國農科院基因組研究所的韓旭老師主講。  

近兩年，中國農科院基因組研究所黃三文研究團隊在番茄風味品質研究中取得重大突破，連續登上了世界頂級學術期刊《科學》（Science）封面和《細胞》（Cell）。參與了該項研究基因數據分析工作的韓旭，在課堂上跟孩子們分享了農業基因組學與美味番茄研究的故事。  

基因是什麼？為什麼你會長得像父母？韓老師首先深入淺出地給大家講解基因的基本知識。他說人體有31.6億個鹼基對，這些鹼基所包含的基因密碼中99.99%是相似的，只有0.01%的不同，但卻造就了千千萬萬個不同你我他。而番茄有8億鹼基對，又是哪些基因位點決定了其風味的「與眾不同」呢？  

韓老師從每個小組裡選出2名學生代表上講臺上，分別品嘗了他帶來的兩種不同的番茄。結果，來自基因組所培育的番茄新品種因「又甜又好吃」受到歡迎，而另一種來自市面上的番茄被指「有點酸」。  

韓老師解析說，為什麼市面上一些番茄不太好吃，是由於現代育種過程過於注重番茄的產量、外觀、抗性等性狀，導致了控制風味品質的部分基因位點丟失，最終使得番茄口感下降。他告訴大家，為了尋找控制番茄風味的基因密碼，科學家們在研究實驗中請來了170多個不同國家的人，對世界上的100多種番茄進行品嘗實驗，找出番茄的不同風味，並標出「好吃」的品種。接著，利用數據模型分析確定了33種影響消費者喜好的主要風味物質，這些物質包括葡萄糖、果糖、檸檬酸、蘋果酸和29種揮發性物質；並通過基因組測序和生物信息學分析，獲得了控制風味的250個基因位點，首次發現了番茄風味的遺傳基礎。其中包括2個控制含糖量的基因位點，5個控制酸度的基因位點。而這些研究結果為番茄果實風味和營養物質的遺傳控制和全基因組設計育種提供了線路圖。  

從番茄的8億鹼基對中找到控制風味的250個基因位點？這需要經歷龐大繁複的計算過程！韓老師介紹說，基因組所利用2萬個CPU、擁有50萬億次計算能力的超級計算機系統，完成了這個堪稱全世界農業科學界首次完成的如此龐大的計算。「尋找一個基因位點，至少需要幾個月的時間！」大家聽了，都說以後不好意思說做數學練習太難太累了！  

每天面對這些海量的數據是不是很枯燥？韓老師說，在研究人員看來，數據比珠寶還珍貴！因為這些有價值的數據，讓科學家們找到番茄果實營養和風味物質的化學和遺傳機理，才能為大家培育出好吃的番茄。  

當講臺屏幕上展現出在中國農科院基因組研究所試驗基地培育出來的100多種大小和顏色不同的番茄時，大家被農業基因組學的神奇力量「驚呆了」！聽說這個試驗田基地就在學校附近，紛紛問道：什麼時候去基地看看美味番茄的育種現場呀！  

大鵬二小副校長眭滿陽說，學校一直以來重視學生科學素育的培育，這麼好的科研團隊和試驗基地就在學校門口，接下來學校的科學課，便計劃到中國農科院基因組所試驗基地「走課」！