胡萝卜橙色的秘密

2018-09-29 | 作者: 孙滔 | 标签: 胡萝卜

提要:胡萝卜根部为何会富集β-胡萝卜素,这个秘密的揭示要归功于胡萝卜基因组测序。


胡萝卜不仅有橙色的,还有白色、黄色、紫色等多种颜色。这些不同颜色品种的故事来源于胡萝卜的栽培历史。

胡萝卜起源于中亚,最初出现于阿富汗、伊朗一带。野生胡萝卜根茎小而细长,没有膨大的肉质根,且分支多,无鲜艳色泽。阿富汗的农民无意中发现了色彩鲜艳的胡萝卜品种,于是进行筛选,在大约1100年前,他们培育出了紫色和黄色的品种。600年后,欧洲人把胡萝卜从黄色变成了橙色。

最早描述橙色胡萝卜的文字是在1721年,更早是1515年文艺复兴时期的绘画中出现了橙色胡萝卜。遗传学证据证明橙色胡萝卜来自栽培品种,而非野生胡萝卜。

对于植物根茎而言,橙色是很少见的,地下的大多数植物根茎是白色的。胡萝卜的橙色正是由大量的β-胡萝卜素引起,每100克生胡萝卜含有高达8000多微克的β-胡萝卜素。胡萝卜素(β-胡萝卜素是其中一种)能够吸收紫外线、蓝色光并散射橙色、红色和黄色光,因此胡萝卜呈现橙色。除了胡萝卜,红薯也有橙黄色根茎,当然红薯的胡萝卜素含量也很高。

一般而言,胡萝卜素是作为辅助色素广泛存在于叶绿体中的,可帮助叶绿素捕获光能,促进光吸收。问题来了,植物根通常不会暴露在光线下,也就不需要像胡萝卜素这样的光合色素,为何它会富集到胡萝卜根部呢?

胡萝卜素是在植物体中经异戊二烯途径合成的一种脂溶性色素,在胡萝卜中当然也遵循这个合成途径。那么科学家就把目光集中到与该途径有关的基因上。

基因组测序揭示了胡萝卜如何善于累积胡萝卜素。2016年,《自然.遗传学》杂志发表的研究确定了Y基因调节黄色和橙色根中胡萝卜素的富集,并精细锁定了5号染色体上含有Y基因的一段包含75000个碱基对的区域。然而,此区域预测的8个基因都没有与已知异戊二烯生物合成基因具有同源性。最终,研究确认了一个促进β-胡萝卜素在根部富集的基因DCAR_032551。研究人员说,这个新发现的基因实际上是代谢途径中的一个缺陷,与光感知有关,它导致胡萝卜各品种根部之间的颜色差异。

也就是说,橙色胡萝卜发生了一种变异。正是因为DCAR_032551在其第二个外显子上含有一段包含212个核苷酸的插入片段,导致黄色和橙色胡萝卜中的移码突变,而野生胡萝卜和栽培的白色胡萝卜没有这个突变。

在胡萝卜32115个基因(超过人类的两万个)中,大约有10000个是胡萝卜独有的基因。最新的基因研究表明橙色胡萝卜是从黄色品种中培育而来。

研究还发现,胡萝卜的颜色与营养有遗传联系,但与味道关系不大。橙色胡萝卜和其白色同类味道几乎相同。也有人喜欢吃紫色胡萝卜,其中富含花青素,所以呈紫色。

不过为何橙色胡萝卜会流行起来有不同的传说。一说是荷兰农民为了支持政治人物威廉·奥兰治(William of Orange)就种植橙色的胡萝卜。还有一个故事是说二战期间,英国人为了对德国人掩饰新发明的机载雷达,对外宣称是飞行员大量进食胡萝卜增强了夜视能力。

β-胡萝卜素对于人类而言是一种无比重要的存在。它储存于人体的肝脏和体内脂肪中,在体内可转化成维生素A,后者对人体的生长发育、免疫系统以及视力非常重要。于是人类在不断选育胡萝卜素更高含量的胡萝卜,今天的胡萝卜含有的β-胡萝卜素比1970年多50%。

那么发现胡萝卜橙色秘密有什么价值呢?最重要的一点是,确定了控制胡萝卜素累积的机制,将来就可以通过基因编辑等新技术将其导入其他主要根茎类蔬菜,例如木薯。木薯在非洲广泛种植,其中胡萝卜素含量较低,如果研究成功,那么高表达β-胡萝卜素的木薯将是继黄金大米之后又一项造福人类的基因工程补充维生素A作物,可以挽救因缺乏维生素A失明及死亡的贫困儿童。

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来源:基因农业网

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