編者按：這是從2009年3月30日至4月6日每天刊登的關於食品科學的六篇專題報道中的第一篇。
傳家寶番茄以其味道、顏色和樸實的外觀而聞名，它牽動著園丁和當地種植食品倡導者的心絃。番茄愛好者可能會得出結論：鑑於其巨大的多樣性——有著諸如“格蒂阿姨的金色”和“綠斑馬”等奇特的名字——傳家寶番茄一定比雜貨店裡的同類，如牛排番茄、櫻桃番茄和李子番茄等普通的雜交品種擁有更多樣、更優良的基因。
然而，無論你怎麼看待，它們看似的多樣性都只是表面現象：傳家寶番茄實際上是虛弱且近親繁殖的——是啟蒙運動時期開始的育種實驗的缺陷產物，並由於從維多利亞時代的英國到大蕭條時期的西弗吉尼亞州熱情的後院園丁而興盛起來。傳家寶番茄就像哈巴狗，那隻鼻子扭曲的“純種”狗，在試圖呼吸時會發出鼻息和咳嗽聲。
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康奈爾大學的遺傳學家史蒂文·坦克斯利說：“這一切的諷刺之處在於，傳家寶番茄的所有多樣性都可以用少數幾個基因來解釋。創造你所見傳家寶番茄多樣性的突變基因可能不超過10個。” 但坦克斯利對番茄基因組的解構，以及其他人的工作，不僅僅是揭穿了關於傳家寶番茄多樣性的神話，還展示了來自安第斯山脈的不起眼的漿果如何成為世界頂級作物之一。基因研究還將為更強壯、更美味的番茄指明道路——儘管是雜交品種，其種子不能代代相傳，而是必須由種植者每個季度重新購買。*
新大陸的發現
栽培番茄是茄科植物的一員，其中包括馬鈴薯和辣椒等新大陸作物，這些作物在克里斯托弗·哥倫布在 15 世紀將它們帶回西班牙後傳遍了世界。* 但雖然科學家們已經發現了大量的考古證據——包括陶器碎片上的微觀澱粉，這些澱粉表明早在 10,000 年前就馴化了許多美洲的作物——但在番茄方面，記錄是一片空白。
現代番茄的學名是番茄，似乎起源於秘魯安第斯山脈，可能是在墨西哥的韋拉克魯斯馴化的——這是一個農業熱點地區。原始品種仍然在整個美洲生長。總的來說，植物學家稱大約 13 個物種為“番茄”，並認為另外四個物種是近親。人們可能會認為，這些已知的野生品種之一成為了今天栽培的作物，但事實並非如此：番茄的母本從未被發現。最接近的親戚是醋栗番茄——茄屬小果番茄——根據基因比較，它在大約 140 萬年前與今天的番茄分離。
因此，像坦克斯利這樣的研究人員必須倒推，對番茄品種和物種進行雜交，以瞭解各種基因如何影響形狀和大小。一旦分離出來，坦克斯利隨後將這些基因插入其他番茄品種中，透過戲劇性的轉變來證明他的觀點。
大小和形狀驅動選擇
坦克斯利從他的分析中得出結論，為了生產更大、更美味、生長更快的果實，我們的祖先最終利用了番茄 35,000 個基因中的 30 個突變。這些基因中的大多數對番茄的大小和形狀只有很小的影響，但在去年 5 月的《自然遺傳學》上，坦克斯利和他的同事報告說，他們發現了一個他們稱為fasciated的基因，該基因使果實大小增加了 50%。
這可能是馴化過程中最重要的事件。最早的番茄文字記錄——來自 16 世紀的西班牙——證實了這種突變，它透過產生稱為子房的隔室來擴大番茄，這種突變存在於義大利語中將番茄稱為pomodoro，或金色蘋果的黃色番茄中。櫻桃番茄通常有兩個裝滿種子和果凍的隔室，而巨型紅番茄最多可以有八個子房。這個基因，以及另一個控制大小的基因，名為fw2.2，坦克斯利在 10 年前就發現了它，是使番茄成為日常主食的關鍵步驟。
除了大小之外，番茄種植者還選擇了形狀。為了發現這些基因，坦克斯利的校友、現在在俄亥俄州立大學的埃絲特·範德·克納普說，她直接選擇了傳家寶番茄，這些番茄的形狀範圍從澤西魔鬼的小辣椒形狀到被稱為“散熱器查理的抵押貸款救星”的豐滿、開裂的牛排番茄。“我只是去目錄上訂購了所有形狀可愛的番茄，”她說。
她從一個傳家寶番茄中提取了一個名為SUN的基因，並將其插入一個野生近親中。結果，這些小果實像梨一樣膨脹，這是一個顯著的改變，使該文章登上了去年 3 月的《科學》雜誌的封面。SUN 的效果使另一個稱為OVATE 的形狀基因相形見絀——這是坦克斯利的另一項發現——而且兩者似乎都是在過去幾百年裡在歐洲培育出來的，以方便機械收割和加工。
虛弱和無力
這些性狀的選擇對傳家寶番茄的耐寒性造成了損害：它們經常受到真菌感染的困擾，導致果實開裂、分裂或快速腐爛。加州大學戴維斯分校番茄遺傳資源中心的羅傑·切特拉特指出，野生植物必須不斷進化以抵禦天然病原體。但在他們追求大小、形狀和風味的過程中，人類無意中消除了防禦性基因。結果，大多數只具有一個抗病基因。
也許這就是為美味的水果付出的代價？切特拉特說，這根本不是，因為傳家寶番茄的味道可能與它的基因無關，而與植物的生產力和生長環境有關。任何像傳家寶番茄那樣只結兩個果實的植物，肯定比像商業品種那樣結 100 個果實的品種生產出更多汁、更甜、味道更濃郁的水果。* 此外，傳家寶番茄是在藤上成熟後出售的，這絕對比讓它們在貨架上成熟獲得更美味的結果。
因此，育種者有信心將戰勝細菌的基因重新植入傳家寶番茄不會損害水果的理想特性。現代育種已經透過大量引入野生基因使雜貨店的番茄復活；在過去的 50 年裡，研究人員已經在商業作物中重新培育了大約 40 個抗病基因。
恢復傳家寶番茄的健康
現在，孟山都公司也想對傳家寶番茄做同樣的事情。1996 年，一位名叫道格·希斯的番茄育種者和坦克斯利的前學生在孟山都公司的子公司 Seminis VegetableSeeds 開始了一項個人專案。經過 12 年的傳統育種，並在分子標記的幫助下，他創造了一種新的彩虹條紋番茄，這種番茄不容易開裂，並且還具有 12 個抗病基因。希斯解釋說，最初的植物有缺陷的花朵，這也是它只結兩個果實的原因，而他的新品種可以結 30 個果實。他聲稱，即使在多產的植物上，他也能夠保持相當的風味和糖分特徵。事實證明，傳家寶番茄的缺陷既不古怪也不可愛，只是遺傳學曙光時期遺留下來的單一育種策略的偶然結果。
希斯的新植物可能會在明年供應家庭園丁，並在未來三到五年內進入商業市場。“我看到它們正在達到頂峰，”他談到彩虹番茄和他用現代品種改良的其他兩個品種時說。
但傳家寶番茄的擁護者會喜歡帶有雜交種子的仿製品嗎？“會有一部分人，”他說，“會認為這些是對原品的拙劣模仿。”
*注：這些句子自出版以來已進行修改。