9月9日，上海交通大学农业与生物学院沈乾课题组在国际知名期刊International Journal of Biological Macromolecule上发表“Biofortification of tomatoes with beta-carotene through targeted gene editing”的研究论文。该研究以基因编辑技术对植物类胡萝卜素途径关键基因进行精准改造，在番茄营养强化领域取得重要进展，为解决天然维生素A缺乏提供了全新思路。

维生素A缺乏是全球最严重的微量营养元素相关健康问题之一，影响超20亿人，尤其威胁低收入国家儿童与孕妇健康，可能导致免疫力下降、夜盲症等严重后果。而番茄作为全球广泛种植、富含番茄红素（β-胡萝卜素前体）的作物，是β-胡萝卜素生物强化的理想载体。以往通过代谢工程过量表达β-胡萝卜素合成途径关键基因的技术方案，虽然能大幅提高β-胡萝卜素的含量，但牺牲了其前体物质番茄红素的含量。

该团队采用CRISPR/Cas9基因编辑技术，针对番茄中与β-胡萝卜素代谢相关的两个关键基因——SlLCYe和SlBCH，成功构建敲除突变体（cr-SlLCYe、cr-SlBCH）。其中，敲除SlLCYe可阻断番茄红素向α-胡萝卜素转化，将代谢流导向β-胡萝卜素合成；敲除SlBCH则能减少β-胡萝卜素降解，以提高β-胡萝卜素的积累。

研究结果显示，经LC-MS检测，两个突变体番茄的β-胡萝卜素含量均显著提升：cr-SlLCYe突变体含量为野生型的1.7-2.4倍，cr-SlBCH突变体为野生型的2.3-2.5倍，且番茄红素含量未受影响，避免了传统育种中“顾此失彼”的问题。

图1 SlLCYe基因敲除对番茄果实生长和类胡萝卜素积累的影响

图2 SlBCH基因敲除对番茄果实生长和类胡萝卜素积累的影响

除β-胡萝卜素营养指标表征外，还对突变体番茄的综合品质进行了全面评估：

外观与口感：突变体果实呈更浓郁的橙红色（因β-胡萝卜素增加），电子舌分析显示cr-SlBCH突变体酸度降低，口感更优；

营养保留：两个突变体的维生素C含量均高于野生型，可溶性固形物（主要影响甜度）无显著差异；

采后特性：cr-SlLCYe突变体还表现出货架期显著延长，对灰霉菌（番茄采后主要致病菌）抗性增强等采后优良特性。

图3 野生型和基因编辑番茄果实的货架期和灰霉菌抗性评估

综上所述，本研究不仅深化了对番茄类胡萝卜素代谢的复杂调控网络的认知，更为其他作物的营养强化提供了可借鉴的遗传操作路径。

上海交通大学农业与生物学院在读博士生刘雪婷为论文第一作者，沈乾副教授为该论文唯一通讯作者，上海交通大学/崖州湾国家实验室唐克轩教授参与指导了该项研究。农业与生物学院食品系王文利副教授，付营、李蒙、熊舒彤、黄黎、张森、张威、梁心月等同学参与了该研究工作。农业与生物学院李洁副教授，上海交通大学分析测试中心李欣博士为该研究提供了建议与帮助。

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.147396

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