香港中文大學 (中大) 生命科學學院助理教授鍾思林教授率領一支雲集來自美國、英國、西班牙和阿根廷植物學家的國際團隊，最近闡明了肉質果實進化的遺傳和表觀遺傳基礎，有助日後培植含有更高營養價值的水果。這項研究結果已於著名科學期刊《Nature Plants》發表。
肉質果實含有豐富的纖維、維生素、礦物質、植物化學物質和抗氧化劑，進食它們在人類健康飲食中起重要作用。對植物而言，果實是由花朵演變而來並攜帶種子的構造。古老的開花植物結出的乾果實，可以透過風力傳播、機械散播或依附在動物的毛皮上傳播。肉質果實於大約八千萬年前才進化至使植物能夠與食用果實的動物起相互作用，並透過動物排便把種子分散到遠處，大大提高繁殖的成功率。
儘管許多肉質果實基因組已被測序，科學家仍不知道植物如何能進化出如此多樣化的果實。一個重要的啓示是不同果實所需的基因早已存在於古老的開花植物基因組中；因此答案並非在蛋白編碼基因內，而是存在於非蛋白編碼區域內、以往被認為是無用的「垃圾DNA」。
由中大領導並獲全球植物學家支持的fruitENCODE聯盟，促成了一個載有11種肉質果實的全面功能基因組數據庫，包括361組基因表達資料、71組全基因組開放染色質區域圖譜、147組組蛋白修飾資料及45組全基因組DNA甲基化圖譜。通過比較這些果實基因組中的非編碼調控元素，研究人員發現了三種調節肉質果實成熟進化的路徑。雙子葉果實中的蘋果、梨和蕃茄是由複製開花的基因進化，以控製果實的成熟；蜜瓜、桃和木瓜則使用控製衰老的基因。單子葉植物香蕉在大約1億至1億6千萬年前與雙子葉植物分離，其果實成熟則同時利用了開花和控製衰老這兩種基因。雙子葉果實中的西瓜、青瓜、葡萄和士多啤梨則進化出一套不依賴乙烯的調控果實成熟的機制。
研究團隊更發現表觀基因組H3K27me3在限制肉質果實成熟方面發揮了保守的作用。H3K27me3是一種抑制性組蛋白修飾，在動物或植物中都發現它與主要發育基因的沉默有關連。在肉質水果物種中，使用穩定的表觀遺傳標記如H3K27me3以保證果實成熟路徑在嚴格的發展控制下具有顯著的進化優勢。fruitENCODE亦發現古老植物物種中與成熟基因的同源基因上也有類似的H3K27me3標記。這說明在進化過程中，一些果實如蕃茄、桃和香蕉不單劫持了其祖先被子植物的基因，還沿用了它們的表觀遺傳標記來控制成熟。
鍾思林教授表示：「透過分析11種肉質果實基因組內的『垃圾DNA』，大大增加我們對調節果實成熟機制的理解。未來我們終有可能設計特定基因的調控原件，以控制其表達，從而改善水果的營養價值、賣相及保鮮期。」
有關fruitENCODE
肉質水果成熟是一個不可逆轉的發育過程，它會改變載有植物器官的生理和生化特性，以幫助種子傳播。在模型果實蕃茄中，其乙烯激素、果實特異性轉錄因子及表觀基因組重組，共同調節其果實成熟過程。這個複雜的成熟機制對於植物進化非常重要，因意外激活果實成熟，使果實被動物吃掉，會造成不必要地浪費種子。相對較為穩定的表觀遺傳機制可作為發育開關，防止果實在種子成熟前成熟。可是，由於肉質果實於不同的植物譜系中獨立地進化，單靠觀察蕃茄的情況作其他物種的參考是不切實際的想法。因此，fruitENCODE項目的目標不僅為蕃茄的基因組作綜合分析其功能元素，更包括多種肉質果實物種，以檢驗果實成熟過程的多樣性。
