【Nature Plants】突破！利用基因编辑培育富含维生素D的“超级西红柿”

维生素D是一种人体必需的维生素，在维持体内钙磷稳态，保持骨骼、牙齿和肌肉健康方面发挥着重要作用。此外，它还具有调节免疫细胞功能、抗炎、抗氧化等作用。
鸡蛋、奶制品和油性鱼类都是维生素D的主要来源。然而，对于那些素食者或易过敏体质的人来说，很难选择这类饮食。此外，蘑菇和酵母也可作为维生素D2的来源；但在一些流行病学研究中，维生素D2的生物效应远远低于维生素D3。还有一种补充维生素D的方法，那就是晒太阳；但需要注意的是，长时间晒太阳可能面临皮肤癌的风险。除此之外，只有药物形式的维生素D补充剂；但很多人不愿意每天都“吃药”。2022年5月23日，发表在《Nature Plants》上的一项最新研究中，来自英国John Innes Centre中Cathie Martin课题组提供了一种新的选择。他们利用CRISPR-Cas9基因编辑技术改造了西红柿。食用这种“超级西红柿”所获得的维生素D相当于食用两个鸡蛋或28克金枪鱼。

目前，由于膳食摄入不足，维生素D缺乏症已成为全球健康的主要问题，影响着约10亿人口，而且这一数字还在不断增加。已知维生素D缺乏会削弱免疫功能并导致炎症，还与癌症、帕金森病、抑郁症、神经认知功能下降、痴呆症等多种疾病的严重程度和风险增加有关。为了解决部分人口维生素D摄入不足的问题，科学家们基于植物开发出一种新的维生素D膳食来源。前面提到，晒太阳可以补充维生素D，那是因为我们皮肤皮脂腺及其分泌物中的7-脱氢胆固醇（7-DHC）是维生素D3生物合成的前体，在暴露于户外紫外线（UVB）时可以合成维生素D3。实际上，7-DHC也存在于包括番茄在内的一些植物的叶片和未成熟的绿色果实中。因此，暴露于UVB的番茄叶片也会产生维生素D3。然而，7-DHC通常不会在果实中积累，而是随着果实成熟，合成了胆固醇和甾体糖生物碱（SGA）。此前已有研究发现，包括番茄在内的茄科植物中，存在一条重复的途径，其中，7-DHC还原酶（Sl7-DR2）的一个特定的异构体将7-DHC合成为胆固醇，用于在叶片和果实中合成α-番茄碱。因此，Sl7-DR2成为了关键“角色”。

在这项新研究中，研究人员使用CRISPR-Cas9基因编辑技术敲除了编码Sl7-DR2的基因，以试图让7-DHC在成熟的番茄果实中积累。他们发现，Sl7-DR2失去活性后并没有影响植物甾醇和油菜素内酯的生物合成，对番茄品系的生长、发育或产量也都没有影响。相反，Sl7-DR2的失活导致番茄叶片和未成熟的绿色果实中7-DHC的水平大幅增加。

为了将7-DHC转化为对人体有益的维生素D3，研究人员随后将番茄进行了UVB照射。他们发现，一个番茄中的7-DHC转化为维生素D3后，其含量相当于两个中等大小的鸡蛋或28克金枪鱼中的维生素D3含量。研究人员表示，经过基因编辑的番茄看起来和普通番茄没什么区别，味道也一样，而且基因编辑不会影响番茄的生长、发育或产量。

基因编辑番茄（左）和未修饰的番茄（右）该研究通讯作者、诺里奇研究园教授Cathie Martin说：“吃一个西红柿总比吃一片药片感觉要好得多。我认为，以植物形式摄入维生素D你还可以从中获得更多益处。无论如何，我们吃的水果和蔬菜都不够。西红柿还是很好的维生素C来源。”目前，英国正在进行这项试验，以评估在户外种植番茄植株是否会导致7-DHC转化为维生素D3。第一批果实预计将在6月底成熟。

Martin表示，这项基因敲除技术也可以应用于其他茄科植物，如甜椒、辣椒、茄子和土豆。此外，经过基因编辑的番茄植株的叶子也含有大量的7-DHC。该团队正在寻找将这些废物转化为植物维生素D补充剂的方法。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41477-022-01154-6

来源：中国生物技术网

转自：iPlants

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