與野生高粱相比，動物們更“寵愛”香高粱。受訪者供圖

　　因為米香濃郁，稻花香米是很多家庭餐桌上的“寵兒”?，F(xiàn)在，科學(xué)家通過基因編輯技術(shù)讓高粱也擁有了“稻花香”。

　　近日，中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所（以下簡稱遺傳發(fā)育所）研究員謝旗研究組利用“基因剪刀”技術(shù)，在高粱中首次敲除了一種酶的基因，創(chuàng)制了新型香高粱。相關(guān)研究近日發(fā)表于《植物學(xué)報》（英文版）。

　　“這是一項非常棒的研究?！币晃粚徃迦嗽u價說，改良香高粱莖葉不僅對吸引食草動物具有良好的效果，籽粒在釀酒等工業(yè)中也具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　撲鼻而來的“鮮蝦味兒”

　　在北京中科院奧運村科技園區(qū)的溫室大棚里，記者看到了謝旗研究組培育的新型香高粱。記者把鼻尖湊近這種作物的葉片時，就能聞到淡淡的米香。

　　為了讓記者更直觀地感受這種香氣，論文第一作者、謝旗研究組博士生張丹分別采集了野生高粱和新型香高粱的葉片，將其浸泡在盛有低濃度的氫氧化鉀溶液的安瓿管中。

　　幾分鐘后，記者打開管蓋便感受到明顯的嗅覺差異：一個安瓿管散發(fā)出淡淡的青草味兒；而另一個安瓿管中濃郁的“鮮蝦味兒”撲鼻而來。后一種正是香高粱。

　　香味是食品的一種重要品質(zhì)性狀，相較于普通大米，香米因其誘人的氣味而更受消費者喜愛，進而產(chǎn)生更高的經(jīng)濟價值。世界著名的印度茉莉香米和中國東北五常稻花香米就是其中的佼佼者。

　　那么，這種香味究竟是如何產(chǎn)生的？張丹向記者介紹，這是因為一種重要的揮發(fā)物2—乙酰—1—吡咯啉（以下簡稱2-AP）在起作用。“水稻中的甜菜堿醛脫氫酶（BADH2）的不同突變類型均可導(dǎo)致2-AP積累，產(chǎn)生香味?！?/p>

　　“剪刀”下去 “香味”來了

　　科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，2-AP揮發(fā)物實現(xiàn)機制在很多作物中都是保守的。除了水稻，玉米、高粱、菜豆、黃瓜等多種作物都會因此散發(fā)出獨特的香味。

　　“目前，利用基因編輯技術(shù)已經(jīng)獲得了香稻品種和香型玉米材料。高粱是全球第五大作物，可用做主食、飼料作物、釀造業(yè)及生物能源產(chǎn)業(yè)原料?！敝x旗對《中國科學(xué)報》說，創(chuàng)制香型高粱材料，培育稻花香型高粱品種，將引領(lǐng)高粱膳食纖維食品、釀酒、釀醋、飼草動物飼料等產(chǎn)業(yè)的高品質(zhì)發(fā)展。

　　利用“基因剪刀”CRISPR/Cas9，研究組敲除了高粱的SbBADH2基因，創(chuàng)制了新型香高粱。相比于野生型，突變體的種子和葉片均散發(fā)出獨特的茉莉花香味。經(jīng)過檢測，突變體籽粒和葉片中2-AP含量積累顯著。在突變體干種子中，2-AP含量可達每千克0.177毫克；在突變體植株嫩葉中，2-AP含量高達每千克0.801毫克。

　　“香味是主糧和水果的重要特征。過去雖然在一種野生高粱中發(fā)現(xiàn)了芳香種質(zhì)，但難以大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)?！币晃粚徃迦藢懙?，作者用CRISPR/Cas9技術(shù)培育了香高粱，這為在大豆、大麥等其他作物中改良該基因片段提供了示范。

　　讓食物更具吸引力

　　這款新型香高粱已經(jīng)“俘獲”了一些哺乳動物的胃。

　　在兔子喂食實驗中，研究人員將野生型高粱和sbbadh2突變植株的葉子低溫烘干后磨成粉，分別均勻混入飼料中。相比于野生型高粱，添加香高粱植株干粉的飼料對兔子更具吸引力，顯著提高了兔子的采食量。

　　我國是飼料進口大國。據(jù)報道，2020年我國糧食累計進口量超過1.4億噸，其中近80%的農(nóng)產(chǎn)品進口用于養(yǎng)殖業(yè)的飼料。高粱是青貯飼料的第二大來源。謝旗希望能將香高粱的性狀與他們研究的其他優(yōu)異高粱性狀相結(jié)合，促進畜牧業(yè)的健康發(fā)展。

　　該研究組先后開發(fā)了甜高粱、耐鹽堿高粱等種質(zhì)資源，目前已經(jīng)過國家審批，在新疆、寧夏、甘肅、內(nèi)蒙古、山東、江蘇等地實現(xiàn)了50萬畝的推廣種植。

　　除了用作飼料，高粱也是我國釀酒和釀醋的主要原料。香高粱的引入又會給這些領(lǐng)域帶來怎樣的變化？謝旗透露，目前課題組正在與中國科學(xué)院微生物研究所的科學(xué)家合作，嘗試用香高粱釀酒，改善其風(fēng)味和品質(zhì)。

　　“目前，我們還是在實驗室中培育和種植少量的香高粱突變作物。”謝旗表示，日前公布的《農(nóng)業(yè)用基因編輯植物安全評價指南（試行）》將進一步促進我國生物育種技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。未來，香高粱衍生食品、特色香酒和特色香醋等新產(chǎn)品有望走上餐桌。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1111/jipb.13232

　?。ㄔd于《中國科學(xué)報》 2022-02-23 第3版 領(lǐng)域）

來源： 中國科學(xué)報 馮麗妃