近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文研究员领衔的科研团队在番茄风味品质研究中取得重大突破。他们利用大数据分析，揭示了番茄在驯化和育种过程中营养和风味物质发生的变化，及其调控位点，为番茄果实风味、营养物质的遗传调控和全基因组设计育种提供了路线图。相关科研论文《番茄育种对果实代谢组的改变》在国际顶尖生命科学领域期刊《细胞（Cell）》2018年第1期发表，这是中国农科院第一次在该刊上发表文章，也是今年中国科学家在该刊上发表的第一篇文章。
▲中国农科院深圳农业基因组所所长黄三文（右一）从2004年起一直参与番茄基因组研究
1月11日，在中国农科院深圳农业基因组研究所召开高品质番茄基因组研究成果与精准扶贫座谈会，研究团队向媒体通报了这一喜讯。
1鼻子比嘴巴更懂风味
世界粮农组织统计显示，全世界番茄总产值每年接近1千亿美元。番茄具有低热量、富含抗氧化的番茄红素、多种矿物质和维生素等优势，被称为“世界第一大蔬菜作物”，在国际种业市场上，高端优质番茄的种子价格与黄金相当。
中国科学家在番茄科研上一直奋勇争先。2004年，中国科学家参与了由14个国家300多位科学家组成的“番茄基因组研究国际协作组”。2012年，中国农科院黄三文团队和中国科学院李传友团队经过8年努力，完成了番茄基因组测序总任务的六分之一，成果发表以封面文章形式发表在《自然》杂志（《Nature》）上。同时，中国科学家开始了对番茄风味的更深入研究。
据了解，番茄起源于中美洲的秘鲁和墨西哥，野生番茄直径只有1.5厘米左右，比樱桃更小，随着人类不断驯化，番茄才变成今天我们看到的又红又大的样子。可是在驯化过程中，一些决定番茄美味的基因位点丢失了，所以人们总是说，现在的番茄没有“番茄味儿”了。
2012年开始，黄三文团队便与多个科研团队合作，试图揭开番茄风味的秘密。2017年1月28日（北京时间，农历丁酉鸡年大年初一），其研究成果番茄风味调控机制登上了世界顶级学术期刊《科学（Science）》的封面。他们找出了果糖、葡萄糖、苹果酸、柠檬酸和29种挥发性物质，这33种物质对于番茄风味有着决定性作用。
黄三文表示，其实在好不好吃这个问题上，鼻子比嘴巴更能起决定性作用。“舌腔能够体验出酸甜苦咸鲜等5种味觉，而鼻腔中可以感觉出200多种不同的气味受体。”黄三文说，味觉与嗅觉的综合才能称之为“风味”。
2审稿人赞叹这是一部“力作”
番茄有9亿碱基对，3.5万基因，它们又与33种决定番茄风味的物质怎样发生关联的？
科学家表示，这需要经历庞大繁复的计算过程。“基因组所利用2万个CPU、拥有50万亿次计算能力的超级计算机系统，完成了这个堪称全世界农业科学界首次完成的如此庞大的计算，体现了中国在大数据研究上的雄厚实力，也体现了深圳在IT领域的领先地位。”黄三文透露，《细胞》杂志两位审稿人在评语中赞叹到这是一部“力作”。
通过对番茄2600多万个变异位点与33种风味决定物质的关联分析，科学家发现了控制风味的50个基因位点，并确定了10个关键基因位点，以此找到了这些位点的最佳等位基因。
科学家通过刻苦研究，构建了番茄变异组、代谢组和转录组大数据库。论文的第一作者、黄三文实验室博士后祝光涛表示，研究所有基因变异的变异组收集了610种番茄样本，从中找到了2600万个基因组变异位点；研究所有代谢产物成分与含量的代谢组收集了442份番茄样本，从中找出了980种代谢物；研究所有基因表达情况的转录组收集了339份番茄样本，从中找到了3万多个基因表达量。“这不仅对于番茄研究有用，对于其他植物研究也有着重要价值。”黄三文表示。
3为番茄全基因组设计育种提供线路图
据了解，科学家所发现番茄中的980种代谢物既包含了糖酸类、氨基酸、核苷酸等初级代谢物，也包括类黄酮、多胺类、多酚类、茄碱类等大量次级代谢物。科学家认为，我们吃的番茄果实就是代谢组的重要组成，番茄代谢组是营养和风味的综合体现。
▲野生番茄
通过代谢组大数据库，科学家解析了番茄的育种路径。人们是如何将1克左右的绿色野生番茄，培养成现在大于100克的红色或粉色番茄，科学家认为，首先野生番茄被驯化成为樱桃番茄，就是我们通常说的圣女果；樱桃番茄再经过改良成为大果番茄；大果番茄再通过不同的选择形成不同类型的分化。
很多人会感觉，番茄的大小、颜色与风味有关，科研发现，果重基因并不直接决定代谢物含量，而是通过连锁周围基因影响代谢物含量，科学家首次揭示了“搭车效应”对代谢物的影响。
又如，粉色番茄比红色番茄吃起来更“沙”，更好吃。科学家通过代谢组分析发现，粉色番茄跟红色番茄并不仅是颜色的区别，它们之间上百种物质发生了显著变化，红色番茄含有大量的类黄酮，还有多胺、多酚和番茄碱物质，这些物质才是影响番茄口感的主要成分。
“2017年1月，我们在《科学》上发表的文章仅发现了33种主要控制番茄风味的物质，现在已经扩展到1000种，并且发现了影响番茄中多种维生素、氨基酸等营养物质含量的遗传位点。”黄三文表示，这些研究结果为番茄果实风味和营养物质的遗传控制和全基因组设计育种提供了线路图。
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