Scientists have discovered a way to remove toxic compounds from potatoes, making them safer to eat and easier to store. The breakthrough could cut food waste and enhance crop farming in space and other extreme environments.
科学家们发现了一种从土豆中去除有毒化合物的方法，使它们更安全食用，更容易储存。这一突破可以减少食物浪费，加强太空和其他极端环境中的作物种植
马铃薯植物自然会产生保护它们免受昆虫侵害的化学物质。这种化学物质被称为甾体配糖生物碱，或SGAs，在马铃薯皮的绿色部分和发芽区域大量存在。它们使土豆对昆虫和人类都不安全
领导这项研究的加州大学河滨分校分子生物化学家Adam Jozwiak说：“这些化合物对植物抵御昆虫至关重要，但它们使这些作物的某些部分不可食用。”。“现在我们已经发现了生物合成途径，我们有可能创造出只在叶子中产生这些化合物的植物，同时保持可食用部分的安全。”即使在收获后，阳光也可以诱导马铃薯“块茎”中SGAs的产生。通过确定SGA生产中的关键遗传机制，研究人员可能能够降低马铃薯的毒性，同时保留植物的天然防御能力。从土豆中去除SGA也将使它们更容易在露天储存和运输
这项发表在《科学》杂志上的研究侧重于一种名为“GAME15”的蛋白质，它在指导植物产生SGAs方面发挥着关键作用。这种蛋白质既充当酶又充当支架，将其他酶组织成一个“转化工厂”，有效地产生SGA，同时防止有毒化合物泄漏到植物细胞的其他部位，在那里它们会造成严重破坏
西红柿也会产生SGAs，主要存在于未成熟的绿色果实以及植物的叶子、茎和根中。当研究人员在西红柿中沉默GAME15基因时，他们消除了SGA的产生，但也使植物对害虫高度敏感
通过工程植物来控制SGA的产生时间和地点，例如在叶子中而不是在土豆本身中，研究人员设想了可以储存的作物，而不会受到阳光照射的毒性风险
Jozwiak说：“你可以把土豆放在厨房里，不用担心暴露在阳光下，这会使它们产生更多的SGAs。然后你可以随时吃，减少食物浪费。”此外，这些发现可以在太空任务或垂直农业系统等有限的空间环境中使用其他植物部分（如叶子）作为食物。“对于太空农业来说，植物的每一部分都可能需要可食用，这些发现尤其有希望，”Jozwiak说
该团队通过最初在烟草植物中重建SGA生产过程来实现这些见解。令人惊讶的是，他们发现，在进化过程中，这一过程将蛋白质从质膜或高尔基体重定向到内质网，内质网是细胞开始产生毒素的部分，高尔基体负责产生对细胞生长至关重要的细胞壁成分
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Jozwiak说：“从本质上讲，该工厂借鉴自身来创造GAME15。”。“我们没想到会发现它生产细胞壁所需的植物劫持蛋白。”未成熟的绿色水果可能有毒，但在成熟过程中，这些分子会转化为可食用的东西。通过将SGA限制在植物的非食用部分，农民和消费者都可以从更安全、更通用的作物中受益
Jozwiak说：“我们的工作表明，植物已经进化出平衡生长、繁殖和防御的巧妙方法。”。“了解这些系统使我们能够重新设计作物，以满足现代需求，同时不损害其茁壮成长的能力。”这项研究是以色列魏茨曼科学研究所、神户大学、RIKEN可持续资源科学中心和日本大阪大学的研究人员的高度合作
该小组的研究结果不仅有望带来更健康的食品，而且代表着可持续农业和太空探索的飞跃
Jozwiak说：“我们对这一发现的潜力感到兴奋。”。“想到我们现在如何显著延长土豆等作物的保质期，减少地球上及其他地区的食物浪费，真是令人兴奋。”