朱健康院士團隊通過基因編輯打造“超級番茄”：一口吃下七種營養素，還能抑制癌癥？

撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

在快節奏的現代生活中，許多人習慣通過服用各種復合維生素或保健品來補充微量元素。未來，我們或許只需通過日常膳食，就能更自然、高效地滿足這些營養需求。例如，吃一個番茄，就能同時補充維生素 A、C、D，以及番茄紅素、葉黃素等多種抗氧化劑，甚至有助于預防癌癥。

而現在，來自中國的研究團隊通過基因編輯技術，已將這種“超級番茄”變為現實。

近日，南方科技大學/澳門科技大學朱健康院士團隊（洪燁淳、余宗峻、朱文波和孫加雷為論文共同第一作者）在《美國國家科學院院刊》（PNAS）上發表了題為：Multiplex gene editing enables the multi-biofortification of essential vitamins and other health-promoting phytonutrients in tomato 的研究論文。

研究團隊利用“多重基因編輯”技術，成功培育出富含七種重要營養健康物質的新一代“功能番茄（5m 番茄）”。實驗結果顯示，這種番茄不僅能高效補充多種維生素，其提取物在細胞和動物實驗中也展現出抑制結直腸癌細胞生長的潛力。

這項研究的成功，不僅是農業育種的突破，更為學界倡導的“食物即藥物”（Food as Medicine）”和“主動健康管理”提供了全新載體，為通過天然膳食來提升人類的“健康壽命”開辟了新途徑。

“隱形饑餓”的全球挑戰

盡管全球農業進步顯著減少了熱量攝入不足，但“隱形饑餓”——由維生素和礦物質等必需微量營養素缺乏引起的營養不良——仍然是一個影響超過 20 億人的全球健康危機。這種營養缺口是慢性疾病、生活質量下降的已知風險因素，尤其困擾著中低收入國家。

聯合國已將“消除一切形式的營養不良”納入 2030 年可持續發展目標，強調迫切需要從熱量安全轉向營養安全。傳統育種和單一營養素強化已難以滿足復雜多樣的營養需求，而基因編輯技術為作物營養強化帶來了革命性突破。

多重編輯：一次改造四個代謝通路

在這項最新研究中，研究團隊設計了一種多重 CRISPR 基因編輯策略，同時編輯番茄中的五個關鍵基因，影響了四個不同的代謝通路：

1、Sl7-DR2 基因：維生素 D通路，敲除后促進維生素 D3 的前體 7-脫氫膽固醇的積累，再經過紫外線照射就能轉化為活性維生素 D3（而普通番茄不產生維生素 D）；

2. SlGAD3 基因：GABA通路，基因編輯改造后產生截短且持續活躍的酶，將大幅提升 GABA 含量；

3. SlSGR1 基因：類胡蘿卜素通路，敲除后大幅提升番茄紅素、β-胡蘿卜素（維生素 A 的前體）以及 α-胡蘿卜素和葉黃素等抗氧化物質含量；

4. SlGGP1 和 SlGGP2 基因：維生素 C通路，編輯這兩個基因的上游開放閱讀框，解除翻譯抑制，讓維生素 C 合成量翻倍。

研究團隊將五個 sgRNA 組裝到單個 SpCas9 表達載體中，成功獲得了 25 個五重突變番茄株系（5m 番茄），編輯效率高達 93.90%。

七種營養素同時大幅提升

經過多重精準編輯的“5m 番茄”，在營養含量上實現了驚人突破——

• 維生素 D3：從 0 增加到 0.70μg/g 干重（經紫外線照射后）；

• 維生素 C：提升 2.21-2.53 倍；

• β-胡蘿卜素（維生素 A 的前體）：提升高達 3.86 倍

• α-胡蘿卜素：提升 2.47 倍；

• 葉黃素：提升 3.26 倍；

• 番茄紅素：提升 7.07 倍；

• γ-氨基丁酸（GABA）：提升 3.79-5.26 倍。

更令人驚喜的是，這些多重營養強化，并未影響番茄的正常生長和果實品質。5m 番茄植株在株高、花形態、種子產量等方面與野生型無異，單果重、可溶性固形物和總碳水化合物含量也無顯著差異。

抗癌功效：從細胞到動物實驗的驗證

研究團隊進一步探索了這種營養強化番茄的健康益處。體外實驗顯示，5m 番茄提取物能顯著抑制 HCT116 結腸癌細胞的增殖，效果明顯優于野生型番茄提取物。

更令人信服的是動物實驗。在免疫缺陷小鼠的異種移植模型中，喂食 5m 番茄粉的小鼠腫瘤生長受到顯著抑制，腫瘤體積和重量明顯小于對照組。機制研究表明，5m 番茄提取物能誘導細胞周期停滯在 G0/G1 期，下調細胞周期進展關鍵基因 CCND1 和 c-Myc 的表達。

營養計算：一個番茄滿足多種需求

從營養學角度看，一個約 30 克（鮮重）的 5m 番茄可提供——

• 約 750μg 視黃醇活性當量（來自 β-胡蘿卜素），基本滿足成人每日推薦攝入量（700-900μg/d）；

• 約 20%-24% 的維生素 C 每日推薦攝入量；

• 紫外線照射后產生的約 3.5μg 維生素 D3，約 17.5%-35% 的維生素 D3 每日推薦攝入量；

• 約 15mg GABA，與市售“高 GABA 番茄”相當；

• 約 12mg 番茄紅素，滿足每日建議攝入量（5-10mg/d）；

重要的是，這七種目標代謝物的生物強化在多代后仍能穩定保持。

未來展望：功能食品的新時代

這項研究不僅為番茄育種提供了寶貴的遺傳資源，也為系統解析和功能驗證植物營養素提供了重要材料。5m 番茄中積累的番茄紅素和其他抗氧化劑可能有助于延長保質期，促進生物強化果實的商業化應用。

隨著越來越多的國家對非轉基因的基因編輯作物放寬限制，基因編輯生成的生物強化食品將更直接地惠及消費者健康。日本 2021 年上市的“西西里紅高 GABA 番茄”已經為消費者接受基因編輯生成的功能食品樹立了先例。

而朱健康院士團隊的這項研究展示了一種有效的、可擴展的策略，可同時生物強化番茄中的多種必需維生素和其他有益健康的植物營養素。它不僅為應對“隱形饑餓”提供了創新解決方案，也推動了“食物即藥物”（Food as Medicine）理念的發展，為開發下一代功能食品指明了方向。

未來，我們或許能在超市貨架上看到這種“超級番茄”，它不僅味道鮮美，更能為我們的健康提供多重保障。科學的力量，正在讓“吃出健康”變得更加簡單而有效。

論文鏈接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2603937123