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十一月
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王一
维生素D在骨骼发育中发挥着关键作用，同时维生素D也可以在体内在转化为具有类固醇激素生物活性的产物，影响包括大脑在内多个器官信号传导过程。因此，维生素D缺乏会导致免疫功能低下，并与微量营养元素缺乏、癌症、帕金森、神经认知功能下降等疾病风险相关。人体皮肤暴露在紫外线下时，可以通过将7-DHC（7-dehydrocholesterol）也被称为维生素原D3的中间产物合成维生素D（多晒太阳还是有好处的～），但人体维生素D的来源主要还是饮食。不过大多数的食物所含维生素D的量都不多，植物中更是少见。
图源：百度目前全世界维生素D不足的人口达到了10亿，而且这个数字由于日常膳食维生素D含量不足还在逐渐增加。近期，约翰英纳斯中心(JohnInnesCentre,JIC)CathieMartin研究组在NaturePlants发表了题为BiofortifiedtomatoesprovideanewroutetovitaminDsufficiency的论文（李洁博士为该论文的第一作者）。研究人员利用基因编辑技术对番茄中维生素原D3的累积过程进行了工程学改造，从而实现了以番茄作为维生素D生产工厂的可能性。
植物7-DHC（7-dehydrocholesterol）在番茄等植物叶片中可以合成，主要是参与胆固醇和甾体糖生物碱（Steroidalglycoalkaloid,SGA）合成过程（图1）。番茄叶片在紫外线暴露下的会产生维生素D3。番茄叶片中虽然会产生7-DHC，但是通常不会累积在果实里，果实里会作为SGA形成所需的中间体存在。
图1番茄中胆固醇和甾体糖生物碱合成过程
番茄SGA生物合成存在重复的信号途径，因此作者们想到使用番茄进行7-DHC工程化的改造。在番茄中存在一种7-DHC还原酶Sl7-DR2（7-dehydrocholesterolreductase）可以将7-DHC转化为胆固醇，用于叶片和果实中番茄碱的合成。因此，作者们的工作思路是，敲除Sl7-DR2促使7-DHC累积下来，但同时对另外的对植物甾醇和油菜素内酯生物合成的影响又相对最小。
为了实现这一目标，作者们通过CRISPR-Cas9基因组编辑技术设计了两个不同的sgRNAs，在T1代植株中鉴定到了5个独立的Sl7-DR2基因敲除等位基因，这些突变会导致Sl7-DR2蛋白翻译的提前终止。随后作者们通过液相色谱-质谱联用的方式对突变体番茄中7-DHC含量以及其他植物甾醇、胆固醇和SGAs水平进行分析，发现Sl7-DR2活性的丧失对番茄株系的生长、发育或产量没有影响，但是会促进番茄叶片和绿色果实中7-DHC水平的显著升高（图2）。如果通过紫外线将其转化为维生素D，一个番茄中的含量将等同于两个鸡蛋或者28g金枪鱼。
图2Sl7-DR2突变体中7-DHC水平的显著升高
进一步地，通过MALDI成像（Matrix-assistedlaserdesorption/ionization）对7-DHC水平在突变体中升高的空间分步进行了刻画（图1）。另外，想要真正实现维生素D水平的升高，作者们对突变体叶片进行了紫外线辐射，通过叶片和果实干重检测，发现在突变体叶片和果实中的确可以实现维生素D水平的显著升高。
图3MALDI成像表征突变体中7-DHC水平升高
该研究的第一作者李洁（JieLi）博士表示，COVID-19大流行突出了维生素D不足及其对我们免疫功能和总体健康的影响问题。富含维生素原D的西红柿为丰富植物饮食以及素食的群体提供了一种新的植物来源，为世界上越来越多的人维生素D摄入不足的问题提供了一个解决方案。
文章第一作者李洁博士
总的来说，作者们通过基因编辑Sl7-DR2的方式将7-DHC累积在番茄中，促进番茄作为维生素D植物性食物来源的可能性，为人类膳食健康以及素食者维生素D来源提供了更多选择。
参考文献：
1.Holick,M.F.etal.PhotosynthesisofprevitaminD3inhumanskinandthephysiologicconsequences.Science,–()
2.vanSchoor,N.Lips,P.Chapter59–worldwidevitaminDstatus.InVitaminD4thedn(ed.Feldman,D.)15–40(AcademicPress,).
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