千百年来，西红柿在进化过程中自然变异，人类后来选择了喜欢的性状。现在，CRISPR 基因组编辑技术可以实现更精确的改变。冷泉港实验室的研究人员研究了利用自然突变和CRISPR诱导突变培育番茄的可预测性。他们的研究结果表明，来自进化史和农业史的"背景"突变会对工程突变的结果产生重大影响。这强调了在引入新的基因改变时了解和考虑这些背景突变的必要性。
几万年来，进化通过自然突变塑造了番茄。人类进入番茄种植领域后，花了几个世纪的时间培育番茄，选择自己喜欢的性状。如今，CRISPR 基因组编辑技术让我们能够制造新的作物突变，进一步改善性状。然而，单个突变，无论是自然突变还是工程突变，都不能单独发挥作用。
每个突变都是在成千上万个所谓"背景"突变的海洋中运作的。这些变化是进化和农业历史的产物。如果仅仅一个突变就能极大地改变工程突变的预期结果呢？
现在，冷泉港实验室（CSHL）的一位植物遗传学家和一位计算科学家联手探索了自然突变和CRISPR突变对植物育种的可预测性。为此，他们将进化的时钟拨回了过去。
CSHL 教授兼 HHMI 研究员扎卡里-利普曼（Zachary Lippman）和副教授大卫-麦坎德利什（David McCandlish）想知道，不同的天然突变和工程突变是否会对番茄的大小产生类似的影响，这取决于是否存在另外两种基因突变。他们利用 CRISPR 技术在 SlCLV3 基因中制造了一系列突变。(众所周知，该基因的自然突变会增加果实的大小）然后，他们将这些突变与其他与 SlCLV3 一起工作的基因中的突变结合起来。
冷泉港实验室的科学家们收集了 40 多个番茄品系，这些品系具有影响果实大小的天然突变和工程突变。这些品系在佛罗里达州和纽约州冷泉港等多个地区生长了数年。图片来源：利普曼实验室/冷泉港实验室
他们共培育出 46 个具有不同突变组合的番茄品系。他们发现，当同时存在某些其他突变时，SlCLV3 突变产生的效果更容易预测。一个基因的突变会产生可预测的番茄大小变化，但另一个基因的突变则会产生随机结果。值得注意的是，最有益的影响涉及到千年前出现的两个突变，它们是番茄驯化的核心基因。
麦坎德利什和利普曼的新研究可能有助于我们更好地理解基因的可预测性。但有一点是肯定的。在引入新的作物突变时，背景很重要。利普曼解释道：
"基因组编辑是否能迅速为消费者带来好处--更好的风味和营养？答案可能是肯定的。问题是它的可预测性有多大。"
人工突变和自然突变不同组合的番茄集合。这些突变影响了子座（或种子袋）的数量，导致果实大小不同。Lyndsey Aguirre 是 CSHL 生物科学学院的毕业生，领导了这个项目。图片来源：利普曼实验室/冷泉港实验室
麦坎德利什和利普曼的工作表明，背景突变的作用需要重新评估。麦坎德利什说："随着我们开始制造更多高度工程化的生物体，这个领域将不得不努力解决这个问题。一旦开始制造10个、20个突变，出现意外结果的概率可能会增加。"
进化之书是用各种不同的语言写成的，其中许多语言我们仍在学习。植物遗传学和计算生物学提供了破译文字的两种方法。利普曼和麦克坎德利什希望他们的合作解读能帮助科学迎接挑战。展望未来，这也可能帮助人类调整作物，以满足不断发展的社会需求。