柠檬为何有酸有甜

2019-03-01 宗华 中国科学报
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Ronald Koes或许从未想到,对为何有的矮牵牛花是红色,有的却是蓝色的探寻之旅,会将其带到美国加州的柠檬园。不过,这位荷兰阿姆斯特丹大学的遗传学家因此解答了一个长期存在的问题:为何一些柠檬是甜的,另一些却很酸?秘密在于一种让细胞酸性更强的强大分子泵。

由于酸性严重破坏细胞的功能,因此植物细胞会将质子——带电的氢原子泵入液泡,从而将酸性物质同细胞其他部分隔离。不过,这种酸性对于很多东西来说是必需的。例如,矮牵牛花的花朵细胞需要高浓度质子以便将花瓣“染红”,否则花瓣呈蓝色。在柑橘类水果中,这些质子触发人类的酸味味蕾:质子越多,水果尝起来越酸。

2014年,Koes团队在红色矮牵牛花的细胞中发现了一种新的液泡泵。它曾被认为仅存在于外层细胞膜中。这种液泡泵更加强大,能将足够多的质子一起泵入液泡,从而使矮牵牛花的花朵保持红色。Koes和同事想知道,相同的液泡泵是否在诸如柠檬等酸性水果中也很活跃。

美国加州大学河滨分校遗传学家和植物育种家Mikeal Roose将十几个甜的和酸的柠檬、橘子、柚子和莱檬品种样本寄给Koes团队。研究人员分析了每种水果的DNA,并且测量了两个基因的活性。这两个基因编码了产生强大分子泵的一对蛋白质。研究发现,它们在酸的植物中非常“忙碌”,但在甜的植物中并非如此。Koes和同事在日前出版的《自然—通讯》杂志上报告了这一成果。

研究人员认为,当基因不活跃时,分子泵也不会产生,因此氢离子不会累积。这让水果变得更甜。在不同的水果品种中,经过几千年的培养,分子泵被多次打开关闭,而这通常由改变两个基因如何被调控的育种实现。类似的过程可能在花朵中发挥作用,使其颜色变得更红或者更蓝。事实上,和甜水果相比,酸水果的花往往更紫。这归因于其保留红色色素的能力。