作者：生物世界
撰文丨王聰
編輯丨王多魚
排版丨水成文
據估計，全世界范圍內大約有10億人缺乏足夠的維生素D，這會導致各種健康問題，包括免疫力低下和神經系統疾病等等。
植物來源的食物通常缺乏足夠的營養，人們大多通過蛋、肉和奶制品來獲取維生素D。
現在，CRISPR基因編輯技術正在徹底改變作物育種領域，因為它可以精確、快速且簡單地生成作物改良所需的所需基因突變。
中國和其他國家的科學家的研究表明，基因編輯可以幫助培育出產量更高、更有營養、更耐受極端天氣、需要更少化肥和農藥的作物。
基因編輯不僅可以用於去除或減弱不利於農藝性狀的基因，還可以增強眾多對農作物有益的基因。
此外，通過基因分離將基因編輯工具從被編輯的植物中去除後，就可以獲得無轉基因的基因編輯作物。
無轉基因的基因編輯作物與傳統作物沒有什麼不同，因為它們都含有自然發生的突變，因此與傳統誘變育種的作物相比，它們不會帶來任何額外的食品安全或環境風險。
2022年5月23日，英國諾裡奇研究園的研究團隊在 Nature子刊 Nature Plants發表了題為：Biofortified tomatoes provide a new route to vitamin D sufficiency 的研究論文。
研究團隊使用根癌農桿菌介導的 CRISPR-Cas9基因編技術開發了一種基因編輯番茄，能夠積累維生素D3的前提，並在陽光照射下轉化為維生素D3。
對於我們人類，在曬太陽時，陽光中的紫外線會將體內的7-脫氫膽固醇《7-DHC》轉化為維生素D3，但這一來源效率有限，因此，人體維生素D的主要來源還是靠飲食。
在自然界中，有些植物也能夠天然產生維生素D的一些前體，但它們會在之後被轉化為調節植物生長的化學物質，因此導致難以積累維生素D，而直接阻斷這一轉化途徑，會導致植物發育不良。
在番茄中，7-脫氫膽固醇《7-DHC》會轉化為膽固醇，並進一步轉化為糖苷生物堿 《SGA》 來發揮抗菌抗蟲作用。
而番茄還有著一個平行的生化途徑來合成 SGA，因此，可以阻斷 7-DHC 向膽固醇的轉化，實現 7-DHC 的積累，而不幹擾植物的生長。
研究團隊使用根癌農桿菌介導的 CRISPR-Cas9基因編技術敲除了 Sl7-DR2 酶，阻斷 7-DHC 向膽固醇的轉化，從而積累 7-DHC。
接下來，他們測試了番茄中積累的 7-DHC 是否可以在陽光照射下轉化為維生素D3。
實驗結果顯示，番茄葉子中的維生素D3含量很高，達到了200μg/g幹重，番茄果實中的維生素D3含量則較低，綠色未成熟番茄為0.3μg/g幹重，紅色成熟番茄則為0.2μg/g幹重。
一個中等大小的番茄幹重8-10克，對應的維生素D3含量達到了每日建議攝入量的20%，相當於兩個雞蛋的含量。
此外，還可以通過延長暴露於紫外線的時間來進一步增加維生素D3的含量。
而番茄葉子中的高含量維生素D3，可以廢物利用，提取用作維生素D3補充劑。
這項研究是在室內實驗室中進行的，因此，還需要在田間種植以確定基因編輯後的番茄植株是否能夠應對自然環境壓力，以及自然光照中的紫外線對 7-DHC 向維生素D3 轉化的影響。
研究團隊也已經獲得英國的批準，可以在田間種植這種基因編輯番茄。
但該研究的領導者 Cathie Martin表示， 如果在英國進行田間種植，那麼這項研究幾乎註定會失敗，英國的多雨天氣會極大地限制 7-DHC 向維生素D3 轉化。
因此，Cathie Martin希望可以在陽光充足的地方進行實驗，當她聯系了一個位於意大利的合作者是否可以在當地進行實驗時，對方告知，大約需要兩年時間才能獲得種植所需的監管許可。
如果這些基因編輯西紅柿在田間試驗中表現良好，那麼它們最終可能會作為一種營養增強食物上市銷售。
去年，日本上市了一款通過 CRISPR-Cas9 基因編輯來增強γ氨基丁酸《GABA》的番茄，GABA 有助於降血壓，但這種番茄售價較高，是普通番茄的數十倍。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41477-022-01154-6
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