Newsletter No. 527

04 # 5 2 7 | 1 9 . 1 1 . 2 0 1 8 蘋 果人人愛吃，營養師吃蘋果時會想起它維他命、纖 維、礦物質、植化素和抗氧化物豐富；進化植物學家 則會因為知道肉質水果歷史其實只有八千萬年，比 乾果遲很多而莞爾； 鍾思林 吃蘋果時，可能會因最近他在水 果熟成的粒子研究得出豐富成果而吃得更開心。 肉質水果比乾果在物種繁衍上享有優勢，因為它們營養豐富 的肉質，可以解渴充饑，更能吸引動物採食，從而把種子散播 及遠。長久以來，科學家都希望解開肉質水果熟成的謎團。 如人類胚胎經歷妊娠，然後分娩一樣，大自然似乎早早寫下 了計算天時地利、締造有利瓜熟蒂落條件的程式。 假如這個神秘過程的面紗得以揭開，我們除了知道甚麼令到 水果在熟成時出現體積大小以及色、香、味、質地等顯著改 變外，也可能明白自然界如何繁衍出這麼多水果品種。 中大生命科學學院的鍾思林教授，在一個名為fruitENCODE 的項目中帶領一個集英美、西班牙及阿根廷科學家的團隊， 致力編纂肉質水果功能元素的完整註解，以解開水果熟成的 謎樣過程。 有十一種水果的基因組已被完全序列出來，它們是：蘋果、 梨、蜜瓜、桃子、木瓜、香蕉、西瓜、葡萄、草莓、番茄和黃 瓜（後兩者在植物學上屬水果）。當中一些屬所謂「更性水 果」，因為要依賴乙烯（一種植物荷爾蒙）來熟成。非更性水 果則不靠乙烯來熟成。 鍾教授的fruitENCODE團隊，研究這十一種水果進化的遺 傳學及表觀遺傳學基礎。他們大規模繪畫基因表現數據及 DNA甲基化的輪廓，和比較組蛋白修改和可達染色質區域， 找到三種控制水果熟成的正回饋回路。他們的發現已在著名 學術期刊 Nature Plants 刊登。 在大約一億四千五百萬至六千六百萬年前的白堊紀後期，蘋 果、梨和番茄經歷了「全基因組倍增」（基因組的大小增加了 兩倍甚至三倍），它們利用從祖先倍增得來的「花器官同源 基因」（決定花甚麼部分演化出甚麼器官的基因）演化出果 實。開始時，某一個「轉錄因子」（控制基因會不會及何時給 激活起來的一種蛋白質）直接黏合上生產乙烯的基因，以及 與熟成特徵有關的其他基因。結果觸動了其他的轉錄因子， 這些轉錄因子又黏合上最初的轉錄因子，如是者周而復始， 形成一個正回饋回路，確保並維持着乙烯的合成。 在蜜瓜、桃子和木瓜的演化過程中，並沒有出現全基因組倍 增，所以它們並無法使用前述幾種水果的乙烯生產機制。它 們依靠的是控制植物組織衰老的基因來形成另一個正回饋 回路，生產乙烯以幫助熟成。 另一種經歷過基因組倍增的單子葉品種更性水果—香 蕉—則兼容並蓄，既利用花器官同源基因，也利用控制衰 老的基因來製造乙烯，形成另一個正回饋回路以達熟成目 的。研究中的其他水果—西瓜、黃瓜、葡萄和草莓，則進化 出完全不依賴乙烯來熟成的機制。 研究團隊也發現一個在動物基因中主要調控細胞分化的表 觀遺傳學標記—H3K27me3，其實在水果的熟成過程中也 扮演一個重要的監控角色。它的作用便是防止植物中的熟成 基因過早啟動，令植物不致早熟而影響種子的傳播。 類似H3K27me3的標記，也在不少水果的祖先品種的熟成 基因中找到，顯示包括番茄、桃子和香蕉在內的水果，除了自 祖先承繼生產乙烯的正回饋回路，還有表觀遺傳學標記，在 熟成過程中發揮作用。 假若花器官同源基因和抑制發育基因是裝載熟成資訊的數 據，那麼H3K27me3便是軟件，決定基因物質何時以及如 何投入工作。正如鍾教授所說：「基因組就如電腦硬件，與 生俱來，不可逆轉；表觀基因組則是軟件，可以編寫甚至再 編寫。」 研究團隊弄清了水果熟成的分子肌理，有助研植出更富營 養、更耐儲存、更受消費者歡迎的水果品種，長遠而言對食 物來源的質素及穩定有莫大好處，對水果愛好者來說也是好 消息。 鍾教授除了一般水果外，特別喜歡車厘茄和火龍果。他下一 步大概會切開這兩種水果來看個究竟了。 洞 明 集 / I n P lain V iew Photo by ISO Staff 果核解密 鍾思林破解水果熟成基因密碼