朱健康院士团队通过基因编辑打造“超级番茄”：一口吃下七种营养素，还能抑制癌症？

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

在快节奏的现代生活中，许多人习惯通过服用各种复合维生素或保健品来补充微量元素。未来，我们或许只需通过日常膳食，就能更自然、高效地满足这些营养需求。例如，吃一个番茄，就能同时补充维生素 A、C、D，以及番茄红素、叶黄素等多种抗氧化剂，甚至有助于预防癌症。

而现在，来自中国的研究团队通过基因编辑技术，已将这种“超级番茄”变为现实。

近日，南方科技大学/澳门科技大学朱健康院士团队（洪烨淳、余宗峻、朱文波和孙加雷为论文共同第一作者）在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上发表了题为：Multiplex gene editing enables the multi-biofortification of essential vitamins and other health-promoting phytonutrients in tomato 的研究论文。

研究团队利用“多重基因编辑”技术，成功培育出富含七种重要营养健康物质的新一代“功能番茄（5m 番茄）”。实验结果显示，这种番茄不仅能高效补充多种维生素，其提取物在细胞和动物实验中也展现出抑制结直肠癌细胞生长的潜力。

这项研究的成功，不仅是农业育种的突破，更为学界倡导的“食物即药物”（Food as Medicine）”和“主动健康管理”提供了全新载体，为通过天然膳食来提升人类的“健康寿命”开辟了新途径。

“隐形饥饿”的全球挑战

尽管全球农业进步显著减少了热量摄入不足，但“隐形饥饿”——由维生素和矿物质等必需微量营养素缺乏引起的营养不良——仍然是一个影响超过 20 亿人的全球健康危机。这种营养缺口是慢性疾病、生活质量下降的已知风险因素，尤其困扰着中低收入国家。

联合国已将“消除一切形式的营养不良”纳入 2030 年可持续发展目标，强调迫切需要从热量安全转向营养安全。传统育种和单一营养素强化已难以满足复杂多样的营养需求，而基因编辑技术为作物营养强化带来了革命性突破。

多重编辑：一次改造四个代谢通路

在这项最新研究中，研究团队设计了一种多重 CRISPR 基因编辑策略，同时编辑番茄中的五个关键基因，影响了四个不同的代谢通路：

1、Sl7-DR2 基因：维生素 D通路，敲除后促进维生素 D3 的前体 7-脱氢胆固醇的积累，再经过紫外线照射就能转化为活性维生素 D3（而普通番茄不产生维生素 D）；

2. SlGAD3 基因：GABA通路，基因编辑改造后产生截短且持续活跃的酶，将大幅提升 GABA 含量；

3. SlSGR1 基因：类胡萝卜素通路，敲除后大幅提升番茄红素、β-胡萝卜素（维生素 A 的前体）以及 α-胡萝卜素和叶黄素等抗氧化物质含量；

4. SlGGP1 和 SlGGP2 基因：维生素 C通路，编辑这两个基因的上游开放阅读框，解除翻译抑制，让维生素 C 合成量翻倍。

研究团队将五个 sgRNA 组装到单个 SpCas9 表达载体中，成功获得了 25 个五重突变番茄株系（5m 番茄），编辑效率高达 93.90%。

七种营养素同时大幅提升

经过多重精准编辑的“5m 番茄”，在营养含量上实现了惊人突破——

• 维生素 D3：从 0 增加到 0.70μg/g 干重（经紫外线照射后）；

• 维生素 C：提升 2.21-2.53 倍；

• β-胡萝卜素（维生素 A 的前体）：提升高达 3.86 倍

• α-胡萝卜素：提升 2.47 倍；

• 叶黄素：提升 3.26 倍；

• 番茄红素：提升 7.07 倍；

• γ-氨基丁酸（GABA）：提升 3.79-5.26 倍。

更令人惊喜的是，这些多重营养强化，并未影响番茄的正常生长和果实品质。5m 番茄植株在株高、花形态、种子产量等方面与野生型无异，单果重、可溶性固形物和总碳水化合物含量也无显著差异。

抗癌功效：从细胞到动物实验的验证

研究团队进一步探索了这种营养强化番茄的健康益处。体外实验显示，5m 番茄提取物能显著抑制 HCT116 结肠癌细胞的增殖，效果明显优于野生型番茄提取物。

更令人信服的是动物实验。在免疫缺陷小鼠的异种移植模型中，喂食 5m 番茄粉的小鼠肿瘤生长受到显著抑制，肿瘤体积和重量明显小于对照组。机制研究表明，5m 番茄提取物能诱导细胞周期停滞在 G0/G1 期，下调细胞周期进展关键基因 CCND1 和 c-Myc 的表达。

营养计算：一个番茄满足多种需求

从营养学角度看，一个约 30 克（鲜重）的 5m 番茄可提供——

• 约 750μg 视黄醇活性当量（来自 β-胡萝卜素），基本满足成人每日推荐摄入量（700-900μg/d）；

• 约 20%-24% 的维生素 C 每日推荐摄入量；

• 紫外线照射后产生的约 3.5μg 维生素 D3，约 17.5%-35% 的维生素 D3 每日推荐摄入量；

• 约 15mg GABA，与市售“高 GABA 番茄”相当；

• 约 12mg 番茄红素，满足每日建议摄入量（5-10mg/d）；

重要的是，这七种目标代谢物的生物强化在多代后仍能稳定保持。

未来展望：功能食品的新时代

这项研究不仅为番茄育种提供了宝贵的遗传资源，也为系统解析和功能验证植物营养素提供了重要材料。5m 番茄中积累的番茄红素和其他抗氧化剂可能有助于延长保质期，促进生物强化果实的商业化应用。

随着越来越多的国家对非转基因的基因编辑作物放宽限制，基因编辑生成的生物强化食品将更直接地惠及消费者健康。日本 2021 年上市的“西西里红高 GABA 番茄”已经为消费者接受基因编辑生成的功能食品树立了先例。

而朱健康院士团队的这项研究展示了一种有效的、可扩展的策略，可同时生物强化番茄中的多种必需维生素和其他有益健康的植物营养素。它不仅为应对“隐形饥饿”提供了创新解决方案，也推动了“食物即药物”（Food as Medicine）理念的发展，为开发下一代功能食品指明了方向。

未来，我们或许能在超市货架上看到这种“超级番茄”，它不仅味道鲜美，更能为我们的健康提供多重保障。科学的力量，正在让“吃出健康”变得更加简单而有效。

论文链接：

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