調整蔬菜基因使其更美味——你很快就能嚐到

風味是一個棘手的目標,但技術和強大的基因技術正使其改善蔬菜的味道變得更加可行

Little boy eating vegetables

今天的球芽甘藍比你童年記憶中的味道更好。這並不是因為你成熟的味蕾更懂得欣賞它們。而是一個新品種已經取代了原來的蔬菜。你可以感謝植物育種者帶來的改變。現代育種者們,配備了新的基因編輯技術,正在尋求複製球芽甘藍的革新。

在20世紀90年代末,科學家們確定了特定的化學物質,稱為硫代葡萄糖苷,使球芽甘藍味道苦澀。植物育種者開始種植以前因產量低而被丟棄的舊種子,以找到硫代葡萄糖苷含量較低、味道更好的品種。然後,他們將這些美味但低產的植物與現代、更高產的個體雜交,直到找到一個後代,它能產出大量美味的球芽甘藍,從而將這種曾經受人詬病的蔬菜從苦藥變成了受歡迎的配菜。

但其他蔬菜的情況就不那麼好了。這是因為大多數育種決策都偏向於對蔬菜種植者重要的植物性狀,而不是蔬菜食用者。“我想說,抗病性可能是目前大多數育種計劃的主要重點,因為這關係到農民種植作物的能力,”佛羅里達大學園藝學榮譽教授哈里·克萊說,他專門研究番茄。“品質性狀實際上被完全忽略了。”


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此外,專注於消費作物的育種者必須應對圍繞轉基因生物(GMO)的爭議。儘管現在所有馴養物種的基因都與它們的祖先不同,但在農業中,術語GMO指的是攜帶來自完全不同物種的基因的植物——而這些變化受到更嚴格的監管。但更新的技術使育種者能夠在植物自身基因組的背景下工作,進行不會觸發複雜規則的調整。

風味很難成為目標,因為不同的人有不同的偏好——此外,即使在最佳條件下,風味品質也比產量等因素更復雜。“我們花費了大量的時間和金錢來弄清楚什麼是風味,而大多數育種計劃都沒有能力衡量這些東西,”克萊說。

但對優先考慮風味的興趣開始增加,部分原因是得益於新的基因技術,例如基因剪下技術CRISPR和DNA測序,這些技術已經足夠便宜,可以大量使用。“對於水果育種者或蔬菜育種者來說,現在是最好的時代,因為我們擁有更多的工具和技術,”康奈爾大學的蘋果育種者蘇珊·布朗說。

一些公司開始使用這些工具來應對開發更美味蔬菜的挑戰。一家名為Pairwise的公司正在與困擾球芽甘藍的相同化合物作鬥爭:硫代葡萄糖苷。但這一次,研究人員正在改造沙拉蔬菜——他們配備了基因編輯科學。

例如,雖然羽衣甘藍特別健康,但許多人更喜歡吃苦味較少的羅馬生菜或捲心萵苣。因此,Pairwise的科學家們弄清楚瞭如何使用CRISPR編輯類似羽衣甘藍的芥菜,以適應這種口味。他們想關閉編碼一種叫做芥子酶的酶的基因,這種酶會分解硫代葡萄糖苷,並在食客口中咀嚼葉子時產生苦味。結果是一種健康但苦味較少的蔬菜,該公司今年以Conscious Foods品牌銷售。

Pairwise的聯合創始人兼執行長湯姆·亞當斯說,這是一個以風味為導向的基因編輯可以發揮作用的例子。“從基因編輯的角度來看,我認為味道的用武之地在於我們可以去除人們不喜歡的東西,”他說。“要考慮如何引入真正複雜、美妙的味道要困難得多。”亞當斯說,為了創造更復雜的味道,傳統育種仍然是最佳途徑。

傳統育種也是另一項高科技風味努力的基石,這項努力旨在扭轉導致我們得到無味蔬菜的思維方式。一家名為Plenty的公司沒有種植能夠承受農業系統儲存和運輸需求的品種,而是縮短了從田地到餐桌的遙遠距離。Plenty在更靠近消費者的室內垂直農場設施中種植植物,因此農產品保持新鮮,該公司聯合創始人兼首席科學官內特·斯托裡說。

他說,當Plenty決定從綠葉蔬菜開始時,該團隊在其設施中種植了數千種傳統育種品種。然後,研究人員只採用了那些能夠產生最美味作物的品種,而不是試圖開發新品種。“沒有必要重建輪子,”斯托裡在談到這項技術時說。“我們只是篩選所有現有的輪子,並找到最適合我們系統的輪子。”

然而,這種方法並非總是成功。該公司找不到一種在其設施中生長良好的番茄,因此它正在努力使用加速版的傳統育種方法開發自己的品種。

番茄是一個受歡迎的目標。第三家公司正在使用表觀遺傳學創造更美味的番茄——改變基因的表達而不是基因本身。Pairwise公司正在剪除產生干擾風味的酶的基因序列,而Sound Agriculture公司正在對基因表達進行程式設計。這種方法透過使其基因序列更難轉錄來降低不良化合物的產量。

Sound Agriculture的聯合創始人兼首席技術官特拉維斯·拜爾說,瞭解如何精確地修改表達以獲得期望的結果仍然是一項正在進行的工作。“植物表觀遺傳學的科學非常令人興奮,並且它正在快速發展,”他說。該公司的第一款表觀遺傳學種植產品,一種名為Summer Swell的番茄,將於今年春天上架。拜爾說,其他正在進行的專案側重於綠葉蔬菜,以及少量水果。

所有這些蔬菜種植者都希望,商店貨架上更美味的產品將說服人們食用推薦量的水果和蔬菜——並且比數十年的營養指導做得更好。

“不要浪費時間談論試圖教育人們吃得更好,”番茄育種研究員克萊說。“只需給他們提供味道更好、他們想吃的產品。”

梅根·巴特爾斯 是一位常駐紐約市的科學記者。她於2023年加入大眾科學,現在是該雜誌的高階新聞記者。此前,她在Space.com擔任作家和編輯超過四年,並在Newsweek擔任科學記者近一年,她在那裡專注於太空和地球科學。她的作品也曾出現在Audubon、Nautilus、AstronomySmithsonian 等出版物上。她就讀於喬治城大學,並在紐約大學的科學、健康與環境報道專案獲得了新聞學碩士學位。

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