熱帶名品番木瓜

1、熱帶名品番木瓜橙色的外表下，鮮紅誘人細(xì)軟的果肉，甜蜜而飽滿芬 芳的汁液，這就是被稱為“百果之王”的番木瓜。最近，中 美科學(xué)家聯(lián)合繪制出了番木瓜的首張基因組草圖，更使它的 褶褶光芒，呼之欲出。漫談番木瓜番木瓜，俗稱木瓜，原產(chǎn)南美熱帶地區(qū)， 14 世紀(jì)末，它 已在中美洲廣泛種植。哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸后，西班牙和葡萄 牙的水手，將番木瓜傳播到世界各地的熱帶和亞熱帶地區(qū)。 隨著西班牙人和葡萄牙人到中國來興辦教堂、學(xué)校和醫(yī)院， 番木瓜也被傳入中國。目前，在我國臺灣、福建、海南、廣 東、廣西、四川、云南等省均有栽培。番木瓜鮮果外形美觀、 皮薄肉厚、 汁多味甜、 氣味清香、 營養(yǎng)豐富。據(jù)美國有關(guān)部門測定，番木瓜

2、在人們所食 38 種 常見水果中，營養(yǎng)價值居首位。番木瓜既可鮮吃，也可制成 飲料、果膠、果脯、果干等。同時，番木瓜全身都是寶，果 實(shí)、莖、葉、根均可應(yīng)用，可食用也可藥用。成熟番木瓜是 消化不良、心臟病、高血壓、糖尿病等患者的理想果品，可 用作胃病、痢疾、便秘、風(fēng)痹、爛腳等輔助治療食物。早在 15 世紀(jì)， 哥倫布就曾發(fā)現(xiàn)， 加勒比海地區(qū)的土人常在進(jìn)食大 量的魚和肉之后， 吃一些番木瓜， 借以防止消化不良。 至今， 他們還利用番木瓜的綠葉包裹肉類過夜后再蒸煮，或者干脆 將葉與肉類共煮。番木瓜中含有豐富的木瓜蛋白酶，可作消炎、止痛、止 癢、助消化、利膽以及治療婦科病、皮膚病、口腔病、青光 眼等藥物，

3、如時下專用于隱形眼鏡的清洗液中就含有木瓜蛋 白酶。同時，木瓜蛋白酶具有特殊的嫩膚作用，能有區(qū)別地 消化分解老皮膚而不傷害新皮膚，與保濕、天然藥物等制成 的護(hù)膚品，保濕養(yǎng)顏、潔膚美白的效果更佳。在選美王國委 內(nèi)瑞拉，美女們的肌膚總是那么清新有活力，據(jù)專家考證， 這皆因她們非常懂得善用番木瓜來保養(yǎng)肌膚的緣故。情定番木瓜對食品和可再生能源不斷增長的需求是人類在 21 世紀(jì) 面臨的重大挑戰(zhàn)，以植物為基礎(chǔ)的技術(shù)對迎接這些挑戰(zhàn)至關(guān) 重要。因此，國際上對植物基因的研究和對人類基因的研究 一樣，也在如火如荼地進(jìn)行著。擬南芥、水稻、楊樹基因組 測序工作已在 2000 年、2002 年、2006 年悉數(shù)完成； 2

4、007 年， 被稱為“葡萄酒之都”的法國也驕傲地完成了葡萄基因組的 測序工作，它是被測序的第一種水果作物，也是一種溫帶果 樹。人們猜測， 是不是該有一種熱帶植物浮出水面了。 沒錯， 早在 2004 年，中美科學(xué)家就投入到了熱帶果樹番木瓜的測 序工作當(dāng)中。對于研究熱帶植物尤其熱帶果樹的染色體組來說，番木 瓜無疑有一套理想的遺傳系統(tǒng)。它的基因組相對較小，只有 372Mb ；轉(zhuǎn)化系統(tǒng)已經(jīng)建立；世代周期較短，從種植到結(jié)果 只要915個月；全年都能開出潔白的花朵；性染色體系統(tǒng) 比較原始。更難得的是，番木瓜還是第一種進(jìn)行轉(zhuǎn)基因?qū)嶒?yàn) 的水果，了解它的基因有助于人們認(rèn)識轉(zhuǎn)基因食品。破譯番 木瓜的基因“密碼”

5、，可以更好地了解轉(zhuǎn)基因植物的成長奧 秘，提高更多木本經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量。2004 年初，天津市開始了與美國夏威夷州關(guān)于合作進(jìn)行 番木瓜基因組測序計劃的談判。 12 月，番木瓜基因功能組的 研究項(xiàng)目正式啟動，它由美國政府提供科研經(jīng)費(fèi)，天津市功 能基因組與生物芯片研究中心、南開大學(xué)和美國夏威夷大學(xué) 作為項(xiàng)目的共同主持單位，共 30 家單位參與。研究組首先在盛產(chǎn)番木瓜的美國夏威夷州選擇了一株抗環(huán)斑病毒的轉(zhuǎn)基因植株 “ SunUp”，這個品種在美國已經(jīng)推 廣種植了幾十年。早在 20 世紀(jì) 90 年代初，番木瓜環(huán)斑病毒 在夏威夷普納區(qū)番木瓜林中的一次暴發(fā)，對番木瓜造成嚴(yán)重 損害。后來，兩種能夠抵抗這種病毒的

6、轉(zhuǎn)基因栽培變種的種 植，幫助維持了產(chǎn)量，其中一種就稱為“ SunUp”?，F(xiàn)在，“SunUp”品系番木瓜的基因組序列“初稿”已經(jīng) 確定，這對一種商業(yè)抗病毒轉(zhuǎn)基因果樹來說還是第一次。那 為什么要選擇轉(zhuǎn)基因植株來測序呢 ?因?yàn)?，轉(zhuǎn)基因作物的序列 信息將準(zhǔn)確地描述轉(zhuǎn)基因技術(shù)對目標(biāo)作物的遺傳信息的改 造，并預(yù)測可能對目標(biāo)作物帶來的功能性變化。基因巧分配研究組首先從番木瓜的細(xì)胞中提取出 DNA ，使用“鳥槍 法”先將整個基因組打亂，切成隨機(jī)碎片，然后測定每個小 片段序列，最終利用生物信息技術(shù)對這些切片進(jìn)行排序和組 裝，并確定它們在基因組中的正確位置，再拼接到一起，就 成了完整的基因圖譜。就像人們玩的拼圖游

7、戲，將一個完整 的畫面分成雜亂無章的碎塊，然后重新拼裝復(fù)原。對于任何一個被測序的基因組，科研人員都要推斷該基 因組所包含基因蛋白的位置和結(jié)構(gòu)，這個過程我們通常稱 之為“注釋” 。注釋完成之后，研究組又對所發(fā)現(xiàn)的大量基 因中，找到與番木瓜果實(shí)質(zhì)量、產(chǎn)量、抗病性、環(huán)境適應(yīng)性 等有關(guān)的基因，并和已經(jīng)測序完成的擬南芥、水稻、葡萄、楊樹作了系統(tǒng)的比較，希望為番木瓜生產(chǎn)和育種提供幫助。番木瓜一般樹高510米，但是，根據(jù)基因比對推測， 它卻和只有幾十厘米高的擬南芥在 7200 萬年前擁有一個共 同的祖先。進(jìn)化到今日，番木瓜的基因組是擬南芥的 3 倍 (372Mbp:125Mbp) ，但是基因數(shù)量卻較擬南芥少

8、 (24746:3 1 1 1 4)。不過，雖然少，只要利用得好，番木瓜對關(guān) 鍵酶的基因分配顯然有自己的一套。想像一下番木瓜那松軟的果肉，香甜的口感，這要得益 于它擁有更多的用于細(xì)胞壁松弛和淀粉制造酶 (數(shù)量是擬南 芥的 2倍)的基因。 你一定會對番木瓜的氣味難以忘懷，因?yàn)樗鼡碛休^多的用于制造揮發(fā)性化合物的基因，揮發(fā)性化合物 產(chǎn)生的氣味吸引著傳粉者和動物，后者吃掉番木瓜的果實(shí)并 把它的種子散播開來，這也是番木瓜為了生存而進(jìn)化出來的 繁殖謀略。這些基因和番木瓜品質(zhì)和產(chǎn)量密切相關(guān)，它們功 能分析的深入研究將會對番木瓜育種技術(shù)帶來一個質(zhì)的飛 躍。研究組還對番木瓜光合作用相關(guān)基因做了研究，發(fā)現(xiàn)和 擬南

9、芥相比，番木瓜光周期調(diào)節(jié)基因明顯要少得多，這可能 也是和它長期生活在日照長度變化較小的熱帶有關(guān)。通過對 木質(zhì)素類基因數(shù)量的研究，發(fā)現(xiàn)番木瓜所含的基因數(shù)量介于 楊樹和擬南芥之間。這再一次說明了在若干年以前，番木瓜 從一種草本植物慢慢進(jìn)化成了一種木本植物。漫漫進(jìn)化路大約在 1 億 2 千萬年前，擬南芥、楊樹、葡萄、番木瓜 都經(jīng)歷過“整基因組三倍復(fù)制” 。在近代的進(jìn)化過程中，擬 南芥又經(jīng)歷了兩次“整基因組兩倍復(fù)制” 。番木瓜不僅沒有 經(jīng)歷類似過程，而且該植物在過去的 7 200 萬年中，整個基 因組幾乎沒有發(fā)生重大的基因突變，可以說，番木瓜是代謝 網(wǎng)絡(luò)研究和比較基因組學(xué)研究的理想植物。項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人之

10、一、美國分子生物學(xué)家瑞明曾說過，番 木瓜是一種不同尋常的植物，因?yàn)樗腥砸灰恍壑?、雌?和雌雄同株，每一性的開花都截然不同。性染色體通常被認(rèn) 為是從常染色體進(jìn)化而來的。番木瓜的 Y 染色體極為原始， 雄性區(qū)域很小， 且失效基因的比例 （約為 38）低于人類 Y 染 色體的比例 （95），這一發(fā)現(xiàn)說明番木瓜的雄性區(qū)域是剛剛 開始從常染色體分化。 “番木瓜的雄性特異區(qū)域可能與 2 億 4 千萬到 3 億 2 千萬年前人類 Y 染色體的祖先相似。 ”那么， 番木瓜基因圖譜對性別決定機(jī)制的起源和進(jìn)化將提供一定 的幫助。這項(xiàng)新的研究還發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)基因番木瓜的基因組中只有 3 處留下了植入基因的痕跡，而位于

11、細(xì)胞核內(nèi)的核基因絲毫未 受影響。因此，基因組測序使我們首次了解到外加基因在轉(zhuǎn) 基因番木瓜中引發(fā)的基因變化，這將有助于打消人們對轉(zhuǎn)基 因番木瓜的疑慮。此外，當(dāng)定向插入基因技術(shù)成為可能時， 該基因組草圖的確能夠?qū)δ繕?biāo)位置有很好的指導(dǎo)作用。2008年4月，轉(zhuǎn)基因熱帶水果植物一一番木瓜的基因組草圖的成果論文以封面文章的形式在自然雜志上發(fā) 表。這是世界上首次繪制完成的一株轉(zhuǎn)基因經(jīng)濟(jì)作物全基因 組圖譜，成為我國繼人類基因組計劃、水稻基因組計劃之后 在基因組學(xué)研究領(lǐng)域取得的又一重大突破，對農(nóng)作物育種、 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人類對轉(zhuǎn)基因植物的認(rèn)識具有極重要的意義。得到基因圖譜，相當(dāng)于得到一本書，下一步則是讀懂這 本書?！白x懂”可能比“得到”更關(guān)鍵。即使讀懂一部分， 對人類的幫助也會非常之大。南開大學(xué)與夏威夷大學(xué)還將在 一系列基因組破譯