在許多偵探小說中,苦杏仁的預兆性氣味暗示著迅速的死亡。野生杏仁品種的核心——以及桃子、櫻桃和其他核果的核——都含有含氰化物的化合物。杏仁育種者長期以來一直致力於培育不含這種強效毒素的品種,這個過程可能既昂貴又耗時。
哥本哈根大學和西班牙穆爾西亞埃斯皮納多大學園區的植物生物化學家拉奎爾·桑切斯·佩雷斯 (Raquel Sánchez Pérez) 說:“你吃桃子的果肉,你吃蘋果的果肉,但你不吃杏仁的果肉。對我們來說,找出這些不同的化合物如何在種子中積累非常重要。”
桑切斯·佩雷斯和她的同事現在已經測序了第一個完整的杏仁基因組。研究人員於週四在《科學》雜誌線上報告稱,基因組序列中包含了近 28,000 個基因和大約 2.46 億組 DNA 字母或鹼基對——幾乎 95% 的基因。繪製堅果的基因組使研究人員能夠識別調節負責產生苦味野生杏仁品種中發現的毒素的基因的蛋白質。這項研究可能有助於農民更有效地去除毒素,這種毒素有時會出現在新的家養杏仁和其他農作物中。
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這種毒素在科學上被稱為苦杏仁苷,是一種被稱為氰苷的化合物。這種基於氰化物的毒藥是野生杏仁核心和薔薇科其他水果中發現的刺鼻味道的根源。苦杏仁苷與腸道中的酶發生反應,攝入足夠多的苦杏仁苷可能會致命。
在兩年的時間裡,桑切斯·佩雷斯和她的團隊在生長季節(3 月至 8 月)每兩個月收到一批杏仁。他們比較了苦杏仁樹和甜杏仁樹細胞核中的 DNA 片段,重點關注五種特定的蛋白質,稱為轉錄因子。他們發現,其中一種蛋白質 bHLH2 掌握著調節苦杏仁苷產生時間和方式的關鍵。
桑切斯·佩雷斯說:“最終,一個非常簡單的事情造成了如此大的差異,這讓我感到好笑。”在野生杏仁品種中,bHLH2 蛋白質會附著在兩個刺激苦杏仁苷產生的基因的 DNA 上,使它們變得苦澀。在甜的家養品種中,bHLH2 蛋白質中的突變(由交換氨基酸(構成蛋白質的成分)引起)阻止其與這些基因結合,從而阻止它們產生苦杏仁苷。
與其他薔薇科成員不同,其他薔薇科成員具有肉質果實覆蓋的種子,傳統上生長在高灌溉地區,而杏仁則生長在中東肥沃新月地帶的乾旱山坡上。最早的甜杏仁栽培跡象可以追溯到 4000 年前。人類對堅果的迷戀可以追溯到各個時代。《聖經》中多次提到杏仁,羅馬作家老普林尼在他公元 77-79 年的鉅著《自然史》中指出了杏仁的刺鼻味道。神學家凱撒利亞的巴西勒的著作提到了早期的希臘育種者透過將松樹塞子插入樹幹,成功地去除了堅果的苦味。這種做法很可能使樹木承受壓力,阻止它們產生毒素。
現代育種者已經改進了這個過程,這種作物變得非常有利可圖。加利福尼亞中部是世界上最大的甜杏仁生產地,向世界各地運送二十多種堅果。據加利福尼亞杏仁委員會稱,該州在 2017 年至 2018 年間出口了約 22.5 億磅甜杏仁,該作物每年產生超過 210 億美元的收入。
杏仁基因組的釋出可以更容易地種植堅果並確定哪些樹木會產生甜或苦的核心。目前,育種者必須等待三到四年才能等到樹木結果,然後才能發現。但是,現在這種“甜味基因”已經被識別出來,科學家可以從幾個月大的樹苗上摘下一片葉子,分析其遺傳構成並丟棄不需要的品種。加州大學戴維斯分校的遺傳學家黛安·貝拉斯科(Dianne Velasco)說,味道是“育種者在評估杏仁時尋找的主要因素之一”,她沒有參與這項研究。新發現“將減少育種的時間和費用”。
杏仁育種者還可以掃描遺傳物質,以獲取有關其他性狀的資訊,例如抗蟲害能力或樹木在開花季節的開花時間。這對於受氣候變化影響嚴重的地區尤其有幫助,包括西班牙——育種者已經開始看到生長週期的變化,許多杏仁品種在一年中的開花時間越來越晚。
據加州大學戴維斯分校的遺傳學家和植物育種家托馬斯·格拉齊爾(Thomas Gradziel)稱,苦杏仁苷並非一無是處。雖然甜杏仁核心中不存在這種毒素,但在葉子和樹皮中仍然可以找到它,這使得樹木對潛在的害蟲來說很不好吃。他指出,苦杏仁產生的風味可以在流行的食品中找到,例如杏仁酒和杏仁糖。格拉齊爾說,在這些情況下,氰化物已被過濾掉,只剩下苦味,他沒有參與這項新研究。
繪製杏仁的基因組並瞭解控制堅果毒素釋放和積累的基因可能對其他植物產生影響。苦杏仁苷之類的化合物存在於其他有價值的主要作物中,例如木薯。許多人認為這種塊根因其在惡劣的熱帶環境中生長的能力而備受讚譽,可能是減少世界各地飢餓的關鍵作物。格拉齊爾說,這項新發現可以幫助育種者開發只在葉子、莖和皮膚中含有毒素而不是在根部含有毒素的木薯。
