稻米是世界许多国家和地区的主食,并且富含多种营养,包括蛋白质、不饱和脂肪酸、矿物质、维生素、膳食纤维、黄酮和多糖等。这些营养物质存在于果皮、种皮、糊粉层、胚和胚乳中。然而,上千年来,人们的饮食口味更倾向于更好吃的精米,但是稻米80%的营养成分却以米糠的形式而流失。
在2008年,Butelli等人在自然生物技术(Nature Biotechnology)杂志上报道了一种花青素大量富集的转基因紫色番茄。这篇研究展示了以这类番茄作为饲料添加剂饲养一种易感癌症的小鼠(Trp53-/-),相对于普通饲料组寿命提高了28%。有人提出,花青素的健康效益是受其抗氧化功能的直接影响,而且也可以间接激活内源的抗氧化防御系统和信号途径。
作为一个水稻科研人员,我很快认识到这篇文章启示了稻米在人类营养中的作用,并且造成了我的研究焦点由创制高产水稻到增加稻米的营养价值转变。
稻米有很多种不同的颜色,但是黑米却在中国的传说中被认为是一种健康长寿的灵丹妙药。的确有许多研究展示了黑米的水溶性提取物可以缓解多种非传染性疾病,包括癌症、心血管疾病,糖尿病和代谢综合征。红米和黑米颜色分别来源于其种皮和果皮中的原花青素和花青素。由此可见,摄入全谷是最大化稻米健康效应所必须的,而且食用全谷相对于精米更可以增加至少30%的可食用部分,因此极大了的减小了粮食的需求压力,保障了粮食安全。但是,目前已有的黑米品种特别不好吃,因此很难作为全谷食品直接食用,造成了极大的消费障碍。
时至今日,基因组研究的进展已经让选育高品质和味道的黑米品种成为可能。特别是我的研究团队已经找到具有优良食味品质的黑米地方品种,并正在利用基因组育种技术改良他们的产量和病虫害抗性。这些改良品系正在进行多点实验,以期获得理想的结果。
因此,紫色番茄系统的成就指明了进行黑米遗传改良的益处。黑米的遗传改良可能掌握着打开巨大未发掘植物基因组宝藏的钥匙,那就是改善人类营养。
张启发
作物遗传改良国家重点实验室,湖北
洪山实验室,华中农业大学
武汉,中国
E-mail:qifazh@mail.hzau.edu.cn
原文来源:Zhang, Q. Purple Tomatoes, Black Rice and Food Security. Nat Rev Genet (2021). https://doi.org/10.1038/s41576-021-00359-3
https://www.nature.com/articles/s41576-021-00359-3#citeas
翻译来源:水稻基因组育种工程