近日，南方科技大学医学院/前沿生物技术研究院朱健康院士课题组创制出富含七种重要营养健康物质的新一代“功能番茄”。相关成果以“Multiplex gene editing enables the multi-biofortification of essential vitamins and other health-promoting phytonutrients in tomato”为题发表于国际学术期刊PNAS(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America)。

“隐性饥饿”是指人虽然吃饱了肚子，但因为缺乏维生素、矿物质等微量营养素而导致的"营养不良"。全球有超过20亿人正遭受隐性饥饿的困扰，儿童、孕妇和老年人尤其严重。这不仅仅是个人的健康问题，也影响全球可持续发展。联合国在《2030年可持续发展议程》中明确将“消除一切形式的营养不良”列为核心目标之一。在我国，2024年中央一号文件首次提出要"树立大农业观、大食物观"，其中的核心思想就是要让老百姓从“吃得饱”迈向“吃得好”，“吃得健康”。提升日常膳食中的营养素含量，是实现这一目标的关键途径。

番茄是全球消费量最大的蔬菜之一，口感好、营养丰富，天然就含有维生素C、番茄红素、γ-氨基丁酸（GABA）等多种有益健康的成分。然而，普通番茄中此类有益物质的含量普遍偏低，单个番茄远远满足不了人体的日常营养需求。过去，科学家尝试用转基因技术改造番茄，但往往只能提升某一种营养物质的含量，难以同时实现多种营养协同提升。近年来兴起的基因编辑技术（CRISPR技术），可以定点修饰植物基因，使得育种效率更高、更精准，在政策监管上也具备优势。2021年，日本已经率先上市了利用基因编辑技术培育的"高GABA番茄"，成为全球第一代功能番茄，但目前尚未报道多种营养物质提升的番茄品系。

图1. 多基因编辑技术实现番茄果实七种功能代谢物含量显著提高

为培育多种营养健康物质同时提升的新型番茄品种，研究团队巧妙设计了"多基因编辑"方案，靶向编辑番茄体内四条代谢通路上的五个关键基因Sl7-DR2、SlGAD3、SlSGR1、SlGGP1和SlGGP2，以期提高维生素D、GABA、类胡萝卜素和维生素C。经过基因编辑后，筛选得到无外源DNA的"五基因编辑番茄"（简称5m番茄）（图1），果实呈现独特的红褐色，并在植株高度、果实大小等农艺性状上与普通番茄没有差别。进一步代谢分析发现，5m番茄中目标代谢物均实现明显提升。1个5m番茄（约30克）可满足成年人日推荐摄入量的维生素A前体（β-胡萝卜素）和番茄红素，4个5m番茄可提供每天需求的维生素C和维生素D（普通番茄不含维生素D）。同时，5m番茄还能提供比普通番茄更多的GABA、α-胡萝卜素和叶黄素等营养物质。

研究团队进一步研究了5m番茄的健康功效。在体外细胞实验中，5m番茄提取物能够显著抑制结直肠癌细胞的生长和迁移。在动物模型中，研究人员将结直肠癌细胞注射到小鼠体内构建肿瘤模型，然后分别给小鼠喂食普通番茄和5m番茄。21天后发现，喂食5m番茄的小鼠，其肿瘤体积和重量都显著小于对照组（图2）。5m番茄中多种营养素“协同作战”，产生了显著的健康效益，展现出作为“功能性食品”的巨大潜力，同时也呼应了近年来国际上备受关注的“药食同源”健康理念。

图2. 5m番茄可显著抑制HCT116细胞生长以及和小鼠体内肿瘤生长

这项研究首次通过多基因编辑技术，实现对番茄体内的多条代谢通路的重编程，在同一个作物中实现“多种营养素协同提升”，为培育新一代"功能型食物"提供了重要借鉴。新一代“功能番茄”的创制，有望改善日常膳食中的多种维生素和营养健康物质的不足，为实现"健康中国"和联合国"零饥饿"目标提供有力的科技支撑。

南方科技大学为论文第一单位。南方科技大学医学院/前沿生物技术研究院洪烨淳研究副教授、朱健康院士为共同通讯作者。洪烨淳、博士后余宗峻、硕士生朱文波和高级研究学者孙加雷为论文并列第一作者。高级研究学者朱泽尧、曹民杰，吕宇轩研究助理教授、郎曌博教授、刘朋朋副教授以及安徽农业大学王镇教授为本论文提供了帮助。该研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划、广东省科技厅及深圳市科技计划等项目资助。

论文链接：https://doi.org/10.1073/pnas.2603937123

供稿：前沿生物技术研究院

通讯员：金玲

编辑：任奕霏