محققان ابزارهای ژنتیکی را برای بازگرداندن طعم غنی انواع مدرن تجاری گوجه فرنگی کشف کرده اند.
هرکسی که گوجه فرنگی سوپرمارکتی را با انواع موروثی خانگی مقایسه کرده باشد، احتمالا متوجه این تفاوت شده است.
گوجه فرنگی های مدرن اغلب طعم را قربانی ویژگی هایی مانند عملکرد، ماندگاری و مقاومت در برابر بیماری می کنند. اما اکنون یک تیم بین‌المللی از محققان، از جمله ژنتیک گیاهی دانشگاه جورجیا، استر ون در ناپ، سرنخ‌های جدیدی در مورد چگونگی از بین رفتن این طعم در طی اهلی‌سازی و پرورش گوجه‌فرنگی کشف کرده‌اند و ابزارهای ژنتیکی را شناسایی کرده‌اند که می‌توانند به پرورش دهندگان در بازگرداندن آن کمک کنند.
ارسال شده در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم، این مطالعه شیمی و ژنتیک طعم را در 558 رقم مختلف گوجه فرنگی و خویشاوندان وحشی تجزیه و تحلیل کرد و سفر تکاملی محصول از گوجه فرنگی وحشی در آمریکای جنوبی به ارقام تجاری مدرن را ترسیم کرد. محققان قندها، اسیدها و ده‌ها ترکیب طعم‌دهنده را مطالعه کرده‌اند که به درک طعم و مزه مصرف‌کنندگان کمک می‌کنند.
رمزگشایی شیمی طعم گوجه فرنگی
نتایج آنچه را که بسیاری از دوستداران گوجه فرنگی قبلاً به آن مشکوک بودند تأیید می کند: پرورش مدرن ترکیب شیمیایی گوجه فرنگی را به گونه ای تغییر داده است که کیفیت کلی تغذیه را کاهش می دهد. در مقایسه با انواع ارثی، گوجه‌فرنگی مدرن عموماً حاوی نسبت قند به اسید کمتر، ترکیبات معطر کمتر مطلوب و سطوح بالاتری از برخی مواد فرار مرتبط با طعم‌ها و عطرهای کمتر است.
گوجه فرنگی از نظر رنگ، شکل و اندازه بسیار متفاوت است و طعم آنها به همان اندازه پیچیده است. قندها و اسیدهای آلی با مقادیر کمی از ترکیبات تولید کننده طعم به نام VOC ترکیب می شوند که درک ما از شیرینی و طعم کلی را شکل می دهند.
ون در ناپ، استاد کالج علوم کشاورزی و محیط زیست UGA، گروه باغبانی و مؤسسه اصلاح نباتات، ژنتیک و ژنومیک می گوید: «چیزی که ممکن است برای انسان مزه خوبی داشته باشد، ممکن است برای خویشاوندان وحشی مزه خوبی نداشته باشد.
برای خویشاوندان وحشی، عطر میوه برای جذب پراکنده‌کننده‌های بذر، مانند حیوانات کوچک و پرندگان است.
در حالی که رایحه اغلب یکی از جنبه های کیفیت در نظر گرفته می شود، اما نتیجه تعامل پیچیده بین قندها، اسیدهای آلی و ترکیبات آلی فرار یا VOC ها است. این ترکیبات طعم دهنده در مقادیر کمی وجود دارند، اما تاثیر زیادی بر نحوه درک مصرف کنندگان از شیرینی و شدت طعم کلی دارند.
برای درک بهتر اینکه چگونه ویژگی‌های مربوط به طعم در طول زمان تغییر می‌کنند، محققان یک مطالعه مرتبط با ژنوم را انجام دادند که شیمی طعم را به مناطق ژنتیکی خاص مرتبط می‌کرد. تجزیه و تحلیل آنها 337 ارتباط ژنتیکی مهم مربوط به قندها، اسیدها و ترکیبات معطر، از جمله ژن های شناخته شده قبلی و چندین نامزد جدید را شناسایی کرد.
کشف ژن خوش طعم
یک کشف مهم، ژنی بود که قبلا مشخص نشده بود به نام Sl-LIP100، که نقش مهمی در تولید ترکیباتی ایفا می کند که طعم تازه، سبز و میوه ای را در طعم گوجه فرنگی ایجاد می کند، چیزی که بر اساس آزمایش های پنل چشایی انسان مطلوب است.
آلل مفید – یا نسخه ژن – ابتدا در اکوادور پدید آمد و در اولین گوجه فرنگی های کشت شده رایج شد. با این حال، پرورش دهندگان تا حدی این آلل مفید را در گوجه فرنگی مدرن از دست داده اند، در حالی که صفات دیگری مانند مقاومت در برابر بیماری و عملکرد را انتخاب می کنند. در نتیجه، گونه‌های گوجه‌فرنگی مدرن اغلب فاقد برخی از طعم‌های موجود در ارثیه و گونه‌های سنتی و محلی سازگار هستند.
محققان کشف کردند که این ژن به عنوان لیپاز عمل می کند، آنزیمی که به تجزیه چربی به ترکیباتی کمک می کند که بعداً می توانند به مواد فرار مرتبط با طعم تبدیل شوند.
آلل مفیدی که در اکوادور به وجود آمد، آنزیمی با فعالیت بالاتر تولید می کند و تولید فرار را افزایش می دهد. از طریق آزمایش آنزیم و آزمایش‌های ویرایش ژن، آنها نشان دادند که تغییر ژن به طور قابل توجهی تولید ترکیبات معطر در گوجه‌فرنگی را تغییر می‌دهد.
ون در ناپ توضیح می دهد که این یکی از اولین مطالعاتی است که این لیپاز تازه کشف شده را مستقیماً با ترکیبات طعم دهنده مهم در میوه گوجه فرنگی مرتبط می کند.
او می گوید: “طعم بسیار پیچیده است. این ژن، Sl-LIP100، تنها یک تکه از یک پازل بزرگ است.” با این حال، کشف او امکان انتخاب نسخه صحیح این ژن را در برنامه‌های اصلاحی بدون نیاز به آزمایش نمایه‌های رایحه در آزمایشگاه فراهم کرد. علاوه بر این، یافته‌ها نشان می‌دهند که چگونه آنزیم عملکرد بالاتری پیدا می‌کند زیرا این تغییر بر اساس یک جایگزین اسید آمینه منفرد است.
این تیم همچنین ردیابی کردند که چگونه نسخه‌های مختلف این ژن در جمعیت‌های گوجه‌فرنگی پخش می‌شود، زیرا محصول از منشأ وحشی خود در آمریکای جنوبی از طریق اهلی‌سازی در آمریکای مرکزی و فراتر از آن جابه‌جا می‌شود. آنها دریافتند که یک آلل مرتبط با سطوح بالاتر ترکیبات معطر مطلوب در طول اهلی سازی اولیه رایج تر شد، اما در برخی از برنامه های اصلاح نژاد مدرن کاهش یافته است.
فراتر از شناسایی ژن های فردی، این مطالعه یکی از جامع ترین دیدگاه ها را در مورد تکامل طعم گوجه فرنگی ارائه می دهد. محققان با مطالعه طیف وسیعی از گوجه‌فرنگی‌های آمریکای لاتین، از جمله ارقام و خویشاوندان وحشی که به ندرت در مطالعات ژنتیکی قبلی گنجانده شده‌اند، تنوع ژنتیکی بیشتری را به دست آوردند. این تنوع گسترده‌تر به آنها کمک کرد تا مناطق ناشناخته قبلی ژنوم گوجه‌فرنگی مرتبط با طعم را شناسایی کنند و به پرورش‌دهندگان منابع ژنتیکی جدیدی برای توسعه گوجه‌فرنگی‌های با طعم بهتر ارائه دهند.
حفظ تنوع ژنتیکی برای تضمین بقای طولانی مدت و سازگاری فرهنگ های ما ضروری است. تنوع ژنتیکی محصولات را برای صفات مختلف از بیماری و مقاومت به خشکی تا طعم و سایر ویژگی های کیفی بهبود می بخشد.
وان در ناپ می‌گوید، مشخص کردن ساختار ژنتیکی صفات، نقشه‌های راه روشنی برای اصلاح نژاد و بهبود محصول ارائه می‌دهد.
دستیابی به تعادل بین محصول و طعم
این یافته ها چالش طولانی مدتی را که تولیدکنندگان دام با آن روبرو هستند برجسته می کند: ایجاد تعادل بین بهره وری با ترجیحات مصرف کننده. چندین دهه انتخاب برای میوه های بزرگتر، عملکرد بالاتر و بهبود مقاومت در برابر بیماری، مزایای قابل توجهی را برای تولیدکنندگان و زنجیره های تامین به ارمغان آورده است. اما همین اولویت های پرورشی اغلب شیمی پشت طعم مشخص گوجه فرنگی را تغییر می دهد.
نشانگرهای ژنتیکی تازه کشف شده می تواند به پرورش دهندگان کمک کند تا انتخاب های آگاهانه تری داشته باشند و به آنها اجازه می دهد تا طعم را بدون قربانی کردن سایر صفات مهم بهبود بخشند. رویکردهای مدرن مانند اصلاح به کمک نشانگر و ویرایش ژن ممکن است ترکیب آلل‌های طعم مطلوب را با انواع تجاری پرمحصول ممکن کند.
برای ون در کناپ، که تحقیقاتش بر کنترل ژنتیکی صفات محصول و بهبود گوجه‌فرنگی متمرکز است، این کار همچنین ارزش حفظ و مطالعه جمعیت‌های مختلف گیاهی را نشان می‌دهد. خویشاوندان وحشی، گونه های موروثی، و گوجه فرنگی های نیمه اهلی همچنان دارای تنوع ژنتیکی هستند که در بسیاری از گونه های تجاری از بین رفته است.
او می‌گوید: «بخش سخت، یافتن ژن‌ها و یادگیری بهترین آلل است. “در این مطالعه، ما آلل بهتر را شناسایی کردیم، اما این همیشه ممکن نیست. گاهی اوقات ما نمی دانیم کدام نسخه از ژن بهتر است.”
محققان نتیجه می‌گیرند که این جمعیت‌های اجدادی منبع مهمی از صفات هستند که می‌تواند به رفع یکی از رایج‌ترین شکایات مصرف‌کنندگان در مورد گوجه‌فرنگی مدرن کمک کند: طعم. با شناسایی ژن‌ها و آلل‌های مسئول ویژگی‌های طعم و عطر دلخواه، پرورش‌دهندگان می‌توانند برای توسعه گونه‌های آینده که هم تولیدکنندگان و هم مصرف‌کنندگان را راضی می‌کنند، مجهز شوند.
این تحقیق توسط بنیاد ملی علوم ایالات متحده پشتیبانی شده است.
منبع: دانشگاه جورجیا
