何？科学者たちはトマトを硬くおいしくする秘密を発見しました!

制作：中国科学普及協会

著者: Shi Wuyao (生物学博士)

プロデューサー: 中国科学博覧会

トマトは私たちの日常生活でよく使われる野菜です。ビタミンC、さまざまなミネラル、微量元素が豊富に含まれています。甘酸っぱくて美味しいので、人々に深く愛されています。トマトは生でも調理しても食べられ、ケチャップを作るのにも使えます。

おいしいトマトは人々に味覚の楽しみをもたらします。そして、トマトが柔らかくならずに、美味しさを保ったまま長期間保存できれば、それはまさに最高です。 2023年9月、中国の科学者たちはトマトを硬く美味しくする秘密を発見しました！

トマト

（写真提供：veerフォトギャラリー）

出発する！トマトを美味しくストレスに強いものにする秘密を探る

2023年9月18日、中国の科学者たちはトマトのゲノムの研究に関する論文をNature Plants誌に発表した。研究の結果、トマトのゲノムを改変することで、硬さと美味しさを両立したトマトが得られることが判明しました。

研究結果はNature Plants誌に掲載された。

（画像出典：Nature Plants誌）

トマトは生でも加工しても食べられます。スーパーで売られている生のトマトは丸くて柔らかくなりやすく潰れやすいため、実が熟すと主に手で摘み取られます。

加工や消費に使用されるトマトは、通常、卵形で非常に硬いです。熟した後に機械で収穫し、果実が傷つく心配なく直接トラックに積み込むことができます。そのため、収穫効率が大幅に向上し、手作業による収穫コストが節約されます。

しかし、この卵形のトマトは、そのまま食べても丸い生のトマトほど美味しくなく、そのまま食べたときの受け入れ率も比較的低いです。そこで、科学者たちはトマトのゲノムから研究を始め、トマトを美味しく、圧縮に強いものにする秘密を見つけようとしました。

トマトの硬さを制御する遺伝子の特定の位置を探るために、科学者たちは丸いトマトと卵形のトマトを交配し、その結果生まれたトマトの種子を大規模に播種し、得られた果実についてバッチ研究を行った。

最終的に、科学者たちはトマトの形状がヘテロクロマチン領域にある FS8.1 遺伝子の部位変異と密接に関連していることを発見しました。 FS8.1 遺伝子は主に果実の成長を制御し、子房壁細胞の増殖を抑制します。したがって、FS8.1遺伝子が正常であれば、子房はあらゆる方向に均等に成長し、結果として丸いトマトが生まれます。

しかし、FS8.1遺伝子部位が変異すると、その抑制効果が失われ、トマトの子房壁細胞が過剰増殖し、​​トマトが特定の方向に過剰に成長し、最終的に卵形のトマトが形成されます。

FS8.1遺伝子座の変異は、トマトの可溶性糖、有機酸、リコピンの含有量には影響しないため、トマトの味には影響せず、トマトの形状と硬さにのみ影響します。これを基に、科学者たちはトマトのFS8.1遺伝子をノックアウトし、最終的にトマトを卵形に成長させました。味には影響がなかったが、ストレスに耐える能力は大幅に向上した。

FS8.1遺伝子がトマトの形状を制御する

（画像出典：参考文献[1]）

硬さだけでなく、遺伝子は多くのことを決定します。

実際、遺伝子編集はトマトのストレス耐性を決定する以上のことが可能になります。栄養価も高まります。

ビタミンDは人体にとって必須の栄養素であり、人間の成長と発達に深く関係しています。遺伝子編集技術を使ってトマトを改良すると、ビタミンDが豊富なスーパートマトに変えることができます。

光条件下では、紫外線は 7-デヒドロコレステロールの合成とビタミン D3 への変換を促進します。同時に、トマトにはビタミンDへの変換を阻害する還元酵素も含まれています。そのため、科学者は遺伝子編集技術を使用して、還元酵素の合成を制御する特定の遺伝子をノックアウトし、トマトの還元酵素の合成を制限し、7-デヒドロコレステロールの含有量を累積的に増加させました。

その後、科学者たちは十分な紫外線を照射するためにトマトを日光にさらした。最後に、組み換えトマトのビタミンD3含有量を測定したところ、トマト1個に含まれるビタミンD3は卵2個に含まれるビタミンD3と同等であることがわかりました。形質転換後のトマトと形質転換前のトマトでは、味や成長サイクルに違いはありません。毎日トマトを食べるとビタミンDを十分に補給できることがわかります。

ビタミンD

（写真提供：veerフォトギャラリー）

遺伝子編集でトマトの見た目が改善

野菜や果物を選ぶときは、おいしいかどうかだけでなく見た目も考慮する必要があります。見た目のよいトマトは人々に視覚的な楽しみをもたらすだけでなく、購買意欲も刺激します。市場で売られているトマトの最も一般的な色は赤です。研究によれば、トマトのゲノムを改変することで、より多様な色のトマトを作り出すことができるそうです。

トマトの色は皮と果肉の色によって決まります。色の濃さは、果物に含まれるリコピン、クロロフィル、フラボノイドなどの色素の含有量と密接に関係しています。トマトが赤いほど、リコピンとフラボノイドの含有量が多くなり、クロロフィルの含有量が少なくなります。

この発見に基づいて、科学者たちは遺伝子編集技術を使用して、リコピンとフラボノイド色素の合成を制御する遺伝子と、クロロフィルの分解を制御する遺伝子をノックアウトし、それらの発現を阻止した。

最終的に成長する果実は、赤い色素が合成できず、緑の色素が分解されないため、緑色のトマトになります。その後、このタイプのトマトは赤いトマトと交配され、果実のゲノムがスクリーニングされ、赤、オレンジ、ピンク、緑、茶色などさまざまな色の果実が得られました。この技術は園芸作物にも応用でき、より色鮮やかで美しい植物を生み出すことができます。

色とりどりのトマト

（写真提供：veerフォトギャラリー）

結論

動物であれ植物であれ、遺伝子は生物の個々の形質の発現を制御する鍵となります。科学技術の進歩に伴い、科学者たちは遺伝子編集技術を利用してトマトを含むさまざまな果物や野菜の特性を変え、人間の生活のニーズに十分応えられるようにしようと努めてきました。

近い将来、科学者がさまざまな新しい栄養価の高い野菜や果物を作り出し、それによって植物研究と関連産業の発展が促進されると信じています。

参考文献:

[1] Zhu, Q.、Deng, L.、Chen, J. 他。機械化生産のためにトマトの果実の形状を再設計します。ナット。植物（2023年）。

[2] Li、J.、Scarano、A.、Gonzalez、NM 他。栄養強化トマトは、ビタミン D を十分に摂取するための新たな方法を提供します。ナット。植物8、611–616（2022）。

[3] アナ・アルアバレナ、ジョアンナ・ラド、マティアス・ゴンサレス＝アルコス、サビナ・ビダル。トマトの有色体特異的リコピンβ-シクラーゼ（CYC-B）遺伝子の標的破壊により、果実におけるリコピンの早期蓄積が促進され、収穫後の耐寒性が強化されます。植物バイオテクノロジージャーナル(2023)、pp.1-3

[4] ヤンTX;アリ。ま;リン。 LH、CRISPR/Cas9 を介した多重遺伝子編集によるトマト果実の色の変更。 HORTICULTURE RESEARCH、第10巻第1号。