在许多侦探小说中,苦杏仁的预兆性气味暗示着迅速的死亡。野生杏仁品种的内核——以及桃子、樱桃和其他核果的核——都含有含氰化物的化合物。杏仁育种者长期以来一直致力于培育不含这种强效毒素的品种,这个过程可能既昂贵又耗时。
哥本哈根大学和西班牙穆尔西亚埃斯皮纳多大学园区的植物生物化学家拉奎尔·桑切斯·佩雷斯 (Raquel Sánchez Pérez) 说:“你吃桃子的果肉,你吃苹果的果肉,但你不吃杏仁的果肉。对我们来说,找出这些不同的化合物如何在种子中积累非常重要。”
桑切斯·佩雷斯和她的同事现在已经测序了第一个完整的杏仁基因组。研究人员于周四在《科学》杂志在线报告称,基因组序列中包含了近 28,000 个基因和大约 2.46 亿组 DNA 字母或碱基对——几乎 95% 的基因。绘制坚果的基因组使研究人员能够识别调节负责产生苦味野生杏仁品种中发现的毒素的基因的蛋白质。这项研究可能有助于农民更有效地去除毒素,这种毒素有时会出现在新的家养杏仁和其他农作物中。
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这种毒素在科学上被称为苦杏仁苷,是一种被称为氰苷的化合物。这种基于氰化物的毒药是野生杏仁内核和蔷薇科其他水果中发现的刺鼻味道的根源。苦杏仁苷与肠道中的酶发生反应,摄入足够多的苦杏仁苷可能会致命。
在两年的时间里,桑切斯·佩雷斯和她的团队在生长季节(3 月至 8 月)每两个月收到一批杏仁。他们比较了苦杏仁树和甜杏仁树细胞核中的 DNA 片段,重点关注五种特定的蛋白质,称为转录因子。他们发现,其中一种蛋白质 bHLH2 掌握着调节苦杏仁苷产生时间和方式的关键。
桑切斯·佩雷斯说:“最终,一个非常简单的事情造成了如此大的差异,这让我感到好笑。”在野生杏仁品种中,bHLH2 蛋白质会附着在两个刺激苦杏仁苷产生的基因的 DNA 上,使它们变得苦涩。在甜的家养品种中,bHLH2 蛋白质中的突变(由交换氨基酸(构成蛋白质的成分)引起)阻止其与这些基因结合,从而阻止它们产生苦杏仁苷。
与其他蔷薇科成员不同,其他蔷薇科成员具有肉质果实覆盖的种子,传统上生长在高灌溉地区,而杏仁则生长在中东肥沃新月地带的干旱山坡上。最早的甜杏仁栽培迹象可以追溯到 4000 年前。人类对坚果的迷恋可以追溯到各个时代。《圣经》中多次提到杏仁,罗马作家老普林尼在他公元 77-79 年的巨著《自然史》中指出了杏仁的刺鼻味道。神学家凯撒利亚的巴西勒的著作提到了早期的希腊育种者通过将松树塞子插入树干,成功地去除了坚果的苦味。这种做法很可能使树木承受压力,阻止它们产生毒素。
现代育种者已经改进了这个过程,这种作物变得非常有利可图。加利福尼亚中部是世界上最大的甜杏仁生产地,向世界各地运送二十多种坚果。据加利福尼亚杏仁委员会称,该州在 2017 年至 2018 年间出口了约 22.5 亿磅甜杏仁,该作物每年产生超过 210 亿美元的收入。
杏仁基因组的发布可以更容易地种植坚果并确定哪些树木会产生甜或苦的内核。目前,育种者必须等待三到四年才能等到树木结果,然后才能发现。但是,现在这种“甜味基因”已经被识别出来,科学家可以从几个月大的树苗上摘下一片叶子,分析其遗传构成并丢弃不需要的品种。加州大学戴维斯分校的遗传学家黛安·贝拉斯科(Dianne Velasco)说,味道是“育种者在评估杏仁时寻找的主要因素之一”,她没有参与这项研究。新发现“将减少育种的时间和费用”。
杏仁育种者还可以扫描遗传物质,以获取有关其他性状的信息,例如抗虫害能力或树木在开花季节的开花时间。这对于受气候变化影响严重的地区尤其有帮助,包括西班牙——育种者已经开始看到生长周期的变化,许多杏仁品种在一年中的开花时间越来越晚。
据加州大学戴维斯分校的遗传学家和植物育种家托马斯·格拉齐尔(Thomas Gradziel)称,苦杏仁苷并非一无是处。虽然甜杏仁内核中不存在这种毒素,但在叶子和树皮中仍然可以找到它,这使得树木对潜在的害虫来说很不好吃。他指出,苦杏仁产生的风味可以在流行的食品中找到,例如杏仁酒和杏仁糖。格拉齐尔说,在这些情况下,氰化物已被过滤掉,只剩下苦味,他没有参与这项新研究。
绘制杏仁的基因组并了解控制坚果毒素释放和积累的基因可能对其他植物产生影响。苦杏仁苷之类的化合物存在于其他有价值的主要作物中,例如木薯。许多人认为这种块根因其在恶劣的热带环境中生长的能力而备受赞誉,可能是减少世界各地饥饿的关键作物。格拉齐尔说,这项新发现可以帮助育种者开发只在叶子、茎和皮肤中含有毒素而不是在根部含有毒素的木薯。