编者按：这是从2009年3月30日至4月6日每天刊登的关于食品科学的六篇专题报道中的第一篇。
传家宝番茄以其味道、颜色和朴实的外观而闻名，它牵动着园丁和当地种植食品倡导者的心弦。番茄爱好者可能会得出结论：鉴于其巨大的多样性——有着诸如“格蒂阿姨的金色”和“绿斑马”等奇特的名字——传家宝番茄一定比杂货店里的同类，如牛排番茄、樱桃番茄和李子番茄等普通的杂交品种拥有更多样、更优良的基因。
然而，无论你怎么看待，它们看似的多样性都只是表面现象：传家宝番茄实际上是虚弱且近亲繁殖的——是启蒙运动时期开始的育种实验的缺陷产物，并由于从维多利亚时代的英国到大萧条时期的西弗吉尼亚州热情的后院园丁而兴盛起来。传家宝番茄就像哈巴狗，那只鼻子扭曲的“纯种”狗，在试图呼吸时会发出鼻息和咳嗽声。
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康奈尔大学的遗传学家史蒂文·坦克斯利说：“这一切的讽刺之处在于，传家宝番茄的所有多样性都可以用少数几个基因来解释。创造你所见传家宝番茄多样性的突变基因可能不超过10个。” 但坦克斯利对番茄基因组的解构，以及其他人的工作，不仅仅是揭穿了关于传家宝番茄多样性的神话，还展示了来自安第斯山脉的不起眼的浆果如何成为世界顶级作物之一。基因研究还将为更强壮、更美味的番茄指明道路——尽管是杂交品种，其种子不能代代相传，而是必须由种植者每个季度重新购买。*
新大陆的发现
栽培番茄是茄科植物的一员，其中包括马铃薯和辣椒等新大陆作物，这些作物在克里斯托弗·哥伦布在 15 世纪将它们带回西班牙后传遍了世界。* 但虽然科学家们已经发现了大量的考古证据——包括陶器碎片上的微观淀粉，这些淀粉表明早在 10,000 年前就驯化了许多美洲的作物——但在番茄方面，记录是一片空白。
现代番茄的学名是番茄，似乎起源于秘鲁安第斯山脉，可能是在墨西哥的韦拉克鲁斯驯化的——这是一个农业热点地区。原始品种仍然在整个美洲生长。总的来说，植物学家称大约 13 个物种为“番茄”，并认为另外四个物种是近亲。人们可能会认为，这些已知的野生品种之一成为了今天栽培的作物，但事实并非如此：番茄的母本从未被发现。最接近的亲戚是醋栗番茄——茄属小果番茄——根据基因比较，它在大约 140 万年前与今天的番茄分离。
因此，像坦克斯利这样的研究人员必须倒推，对番茄品种和物种进行杂交，以了解各种基因如何影响形状和大小。一旦分离出来，坦克斯利随后将这些基因插入其他番茄品种中，通过戏剧性的转变来证明他的观点。
大小和形状驱动选择
坦克斯利从他的分析中得出结论，为了生产更大、更美味、生长更快的果实，我们的祖先最终利用了番茄 35,000 个基因中的 30 个突变。这些基因中的大多数对番茄的大小和形状只有很小的影响，但在去年 5 月的《自然遗传学》上，坦克斯利和他的同事报告说，他们发现了一个他们称为fasciated的基因，该基因使果实大小增加了 50%。
这可能是驯化过程中最重要的事件。最早的番茄文字记录——来自 16 世纪的西班牙——证实了这种突变，它通过产生称为子房的隔室来扩大番茄，这种突变存在于意大利语中将番茄称为pomodoro，或金色苹果的黄色番茄中。樱桃番茄通常有两个装满种子和果冻的隔室，而巨型红番茄最多可以有八个子房。这个基因，以及另一个控制大小的基因，名为fw2.2，坦克斯利在 10 年前就发现了它，是使番茄成为日常主食的关键步骤。
除了大小之外，番茄种植者还选择了形状。为了发现这些基因，坦克斯利的校友、现在在俄亥俄州立大学的埃丝特·范德·克纳普说，她直接选择了传家宝番茄，这些番茄的形状范围从泽西魔鬼的小辣椒形状到被称为“散热器查理的抵押贷款救星”的丰满、开裂的牛排番茄。“我只是去目录上订购了所有形状可爱的番茄，”她说。
她从一个传家宝番茄中提取了一个名为SUN的基因，并将其插入一个野生近亲中。结果，这些小果实像梨一样膨胀，这是一个显着的改变，使该文章登上了去年 3 月的《科学》杂志的封面。SUN 的效果使另一个称为OVATE 的形状基因相形见绌——这是坦克斯利的另一项发现——而且两者似乎都是在过去几百年里在欧洲培育出来的，以方便机械收割和加工。
虚弱和无力
这些性状的选择对传家宝番茄的耐寒性造成了损害：它们经常受到真菌感染的困扰，导致果实开裂、分裂或快速腐烂。加州大学戴维斯分校番茄遗传资源中心的罗杰·切特拉特指出，野生植物必须不断进化以抵御天然病原体。但在他们追求大小、形状和风味的过程中，人类无意中消除了防御性基因。结果，大多数只具有一个抗病基因。
也许这就是为美味的水果付出的代价？切特拉特说，这根本不是，因为传家宝番茄的味道可能与它的基因无关，而与植物的生产力和生长环境有关。任何像传家宝番茄那样只结两个果实的植物，肯定比像商业品种那样结 100 个果实的品种生产出更多汁、更甜、味道更浓郁的水果。* 此外，传家宝番茄是在藤上成熟后出售的，这绝对比让它们在货架上成熟获得更美味的结果。
因此，育种者有信心将战胜细菌的基因重新植入传家宝番茄不会损害水果的理想特性。现代育种已经通过大量引入野生基因使杂货店的番茄复活；在过去的 50 年里，研究人员已经在商业作物中重新培育了大约 40 个抗病基因。
恢复传家宝番茄的健康
现在，孟山都公司也想对传家宝番茄做同样的事情。1996 年，一位名叫道格·希斯的番茄育种者和坦克斯利的前学生在孟山都公司的子公司 Seminis VegetableSeeds 开始了一项个人项目。经过 12 年的传统育种，并在分子标记的帮助下，他创造了一种新的彩虹条纹番茄，这种番茄不容易开裂，并且还具有 12 个抗病基因。希斯解释说，最初的植物有缺陷的花朵，这也是它只结两个果实的原因，而他的新品种可以结 30 个果实。他声称，即使在多产的植物上，他也能够保持相当的风味和糖分特征。事实证明，传家宝番茄的缺陷既不古怪也不可爱，只是遗传学曙光时期遗留下来的单一育种策略的偶然结果。
希斯的新植物可能会在明年供应家庭园丁，并在未来三到五年内进入商业市场。“我看到它们正在达到顶峰，”他谈到彩虹番茄和他用现代品种改良的其他两个品种时说。
但传家宝番茄的拥护者会喜欢带有杂交种子的仿制品吗？“会有一部分人，”他说，“会认为这些是对原品的拙劣模仿。”
*注：这些句子自出版以来已进行修改。