千百年來，西紅柿在進化過程中自然變異，人類後來選擇了喜歡的性狀。現在，CRISPR 基因組編輯技術可以實現更精確的改變。冷泉港實驗室的研究人員研究了利用自然突變和CRISPR誘導突變培育番茄的可預測性。他們的研究結果表明，來自進化史和農業史的”背景”突變會對工程突變的結果產生重大影響。這強調了在引入新的基因改變時了解和考慮這些背景突變的必要性。

幾萬年來，進化透過自然突變塑造了番茄。人類進入番茄種植領域後，花了幾個世紀的時間培育番茄，選擇自己喜歡的性狀。如今，CRISPR 基因組編輯技術讓我們能夠製造新的作物突變，進一步改善性狀。然而，單一突變，無論是自然突變或工程突變，都不能單獨發揮作用。

每個突變都是在成千上萬個所謂”背景”突變的海洋中運作的。這些變化是演化和農業歷史的產物。如果僅僅一個突變就能大幅改變工程突變的預期結果呢？現在，冷泉港實驗室（CSHL）的一位植物遺傳學家和一位計算科學家聯手探索了自然突變和CRISPR突變對植物育種的可預測性。為此，他們將進化的時鐘撥回了過去。CSHL 教授兼HHMI 研究員扎卡里-利普曼（Zachary Lippman）和副教授大衛-麥坎德利甚（David McCandlish）想知道，不同的天然突變和工程突變是否會對番茄的大小產生類似的影響，這取決於是否存在另外兩種基因突變。他們利用CRISPR 技術在SlCLV3 基因中製造了一系列突變。(眾所周知，該基因的自然突變會增加果實的大小）然後，他們將這些突變與其他與SlCLV3 一起工作的基因中的突變結合起來。冷泉港實驗室的科學家收集了40 多個番茄品系，這些品系具有影響果實大小的天然突變和工程突變。這些品系在佛羅裡達州和紐約州冷泉港等多個地區生長了數年。圖片來源：利普曼實驗室/冷泉港實驗室他們共培育出46 個具有不同突變組合的番茄品系。他們發現，當同時存在某些其他突變時，SlCLV3 突變產生的效果更容易預測。一個基因的突變會產生可預測的番茄大小變化，但另一個基因的突變則會產生隨機結果。值得注意的是，最有益的影響涉及到千年前出現的兩個突變，它們是番茄馴化的核心基因。麥坎德利甚和利普曼的新研究可能有助於我們更好地理解基因的可預測性。但有一點是肯定的。在引入新的作物突變時，背景很重要。利普曼解釋：“基因組編輯是否能迅速為消費者帶來好處–更好的風味和營養？答案可能是肯定的。問題是它的可預測性有多大。”人工突變和自然突變不同組合的番茄集合。這些突變影響了子座（或種子袋）的數量，導致果實大小不同。Lyndsey Aguirre 是CSHL 生物科學學院的畢業生，領導了這個計畫。圖片來源：利普曼實驗室/冷泉港實驗室麥坎德利甚和利普曼的工作表明，背景突變的作用需要重新評估。麥坎德利甚說：『隨著我們開始製造更多高度工程化的生物體，這個領域將不得不努力解決這個問題。一旦開始製造10個、20個突變，出現意外結果的機率可能會增加。”進化論之書是用各種不同的語言寫成的，其中許多語言我們仍在學習。植物遺傳學和計算生物學提供了破解文字的兩種方法。利普曼和麥克坎德利甚希望他們的合作解讀能幫助科學迎接挑戰。展望未來，這也可能幫助人類調整作物，以滿足不斷發展的社會需求。