浙江
全球仍有超過20億人遭受因缺乏維生素、礦物質等必需微量營養素而引發的營養不良，這一問題與慢性疾病風險增加密切相關。盡管基因編輯技術已成功用于提高作物中單一或同一代謝途徑的少數幾種營養素，但如何在一個作物中同時實現多種不同代謝途徑的營養強化，一直是尚未解決的重大挑戰。
2026年5月29日，美國《國家科學院院刊》（PNAS）發表了南方科技大學朱健康院士團隊完成的研究論文“Multiplex gene editing enables the multibiofortification of essential vitamins and other health-promoting phytonutrients in tomato”。該研究利用多重CRISPR-Cas基因編輯策略，同時修改了番茄中的五個關鍵基因，成功培育出五重突變體（5m）番茄。這種番茄一次性富集了七種對人體健康有益的營養素和植物化學物，包括維生素D?、維生素C、β-胡蘿卜素（維生素A原）、α-胡蘿卜素、葉黃素、番茄紅素和γ-氨基丁酸（GABA），且未影響植株生長和果實品質。更重要的是，這種“超級番茄”在細胞和動物模型中顯示出顯著的抑制結直腸癌效果。
研究團隊精心設計了靶向四條不同代謝通路的五個基因：敲除Sl7-DR2基因，阻斷7-脫氫膽固醇（7-DHC）向膽固醇的轉化，使7-DHC大量積累，經紫外線B（UVB）照射后可轉化為維生素D?；編輯SlGAD3基因的C端自抑制結構域，大幅提高GABA含量；敲除SlSGR1基因，解除了對番茄紅素合成途徑的抑制，同時提升番茄紅素、β-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素和葉黃素水平；以及編輯SlGGP1和SlGGP2基因5'非翻譯區（uORF）的Kozak序列，增強維生素C的翻譯效率。通過一個含有五個sgRNA表達盒的CRISPR-Cas9載體，團隊在番茄T0代獲得了高效的多重編輯，并成功在T2代篩選出不攜帶外源T-DNA的純合五重突變體。
與野生型番茄相比，5m番茄的果實呈現出獨特的銹紅色外觀，這與其葉綠素降解受阻和類胡蘿卜素積累增加的表型一致。但令人驚喜的是，五重突變并未帶來農藝性狀的代價：植株高度、花形態、種子產量、單果重、可溶性固形物（糖度）和總碳水化合物含量均與野生型無顯著差異。在營養含量方面，5m番茄經UVB照射1小時后，維生素D?含量達到每克干重0.70微克；GABA含量最高提升5.26倍；番茄紅素最高提升7.07倍；β-胡蘿卜素（維生素A原）提升3.86倍；維生素C提升2.53倍。以一個約30克新鮮重量的番茄計算，其β-胡蘿卜素可提供約750微克視黃醇活性當量，滿足成年人每日推薦攝入量；維生素C貢獻每日需求的20-24%；維生素D?約3.5微克，為植物來源維生素D的可行補充；GABA約15毫克，可與市售高GABA番茄相媲美。
為了驗證多重營養強化是否轉化為實際健康效益，研究團隊測試了5m番茄提取物對結直腸癌細胞HCT116的影響。體外實驗表明，5m番茄提取物顯著抑制細胞增殖、遷移和活力，誘導細胞周期停滯在G0/G1期，并顯著下調癌基因CCND1和c-Myc的表達。在體內小鼠異種移植瘤模型中，連續21天飼喂5m番茄粉末的小鼠，其腫瘤體積和重量均顯著小于飼喂野生型番茄粉末或水的對照組。免疫組化分析顯示，5m番茄組腫瘤組織中增殖標志物Ki-67陽性細胞比例明顯降低，進一步證實了其抗腫瘤作用。
這項研究首次通過一次多重基因編輯同時實現了四條代謝途徑的營養強化，創制出集多種維生素和植物化學物于一身的“功能食品”番茄。該策略不僅為破解復雜、重疊的隱性饑餓問題提供了可行方案，也為“食物即藥物”的理念提供了有力佐證，展現了新一代生物強化作物在預防慢性疾病、促進公共健康方面的巨大潛力。
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