變異組研究揭示番茄由小變大的秘密

——番茄遺傳研究的重要成果于《自然•遺傳學(xué)》雜志  

　　本網(wǎng)訊  中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉所研究員、深圳農(nóng)業(yè)基因組所副所長黃三文領(lǐng)導(dǎo)的國際番茄變異組研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)世界各地的360份番茄種質(zhì)進(jìn)行了重測序分析，構(gòu)建了完整的番茄遺傳變異組圖譜，為揭示番茄的進(jìn)化歷史、基因挖掘和分子育種奠定了基礎(chǔ)。最新研究成果以長篇幅論文在線發(fā)表于10月13日的《Nature Genetics（自然•遺傳學(xué)）》雜志。該研究是繼2012年《Nature》發(fā)表番茄全基因組序列圖后取得的另一重要成果，來自中、美、法、意、以和瑞士的多個(gè)研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合對(duì)番茄展開了更為全面和深入的探索。

　　番茄起源于南美洲的安第斯山脈，隨著人類遷移和馴化逐漸傳到中美洲和墨西哥一代，16世紀(jì)傳到歐洲，在隨后的幾百年中番茄被傳播到世界各地。如今番茄已經(jīng)成為品種多樣、世界各地普遍種植的第一大蔬菜作物。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，全球番茄的總產(chǎn)值為550億美元。在科研上，番茄也是研究植物遺傳、發(fā)育和生理的高等模式植物。

　　今天我們食用的大果栽培番茄是由野生番茄馴化而來的。在長期的馴化過程中，野生番茄果實(shí)在重量、顏色、形狀等方面發(fā)生了顯著變化。野生番茄果實(shí)非常小，重量僅1-2克，而現(xiàn)代栽培番茄的果重是其祖先的100多倍。然而，番茄人工馴化過程一直未有全面研究。通過群體遺傳學(xué)分析，該研究揭示了番茄果實(shí)變大經(jīng)歷了從醋栗番茄到櫻桃番茄再到大果栽培番茄的兩次進(jìn)化過程，在此過程中分別有5個(gè)和13個(gè)果實(shí)重量基因受到了人類的定向選擇。

　　番茄走出南美山脈以后，在世界各地得到廣泛種植，并隨著不同的消費(fèi)習(xí)慣產(chǎn)生了不同類型的分化。研究團(tuán)隊(duì)通過比較不同番茄群體的基因組差異，發(fā)現(xiàn)第5號(hào)染色體是決定鮮食番茄和加工番茄（主要用于生產(chǎn)番茄醬）差異的主要基因組區(qū)域，此區(qū)域含有多個(gè)控制番茄可溶性固形物和果實(shí)硬度的基因，這些基因賦予了加工番茄顯著的特征。此外，通過全基因組關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)了決定粉果果皮顏色的關(guān)鍵變異位點(diǎn)，此位點(diǎn)的變異導(dǎo)致SlMYB12基因啟動(dòng)子區(qū)域的缺失，進(jìn)而影響該基因的表達(dá)，從而使得成熟的粉果番茄果皮中不能積累類黃酮。我國北方消費(fèi)者偏好粉果番茄，這一發(fā)現(xiàn)為培育粉果番茄品種提供了有效的分子育種工具。

　　在現(xiàn)代番茄育種中，野生種質(zhì)資源被廣泛地應(yīng)用。通過比較基因組學(xué)，研究團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)確地界定了野生番茄基因組片段在栽培番茄基因組中的位置和長度。分析發(fā)現(xiàn)，番茄的馴化和野生資源的利用共導(dǎo)致了約25%（約2億個(gè)堿基）的基因組區(qū)域被固定，這嚴(yán)重限制了番茄的進(jìn)一步改良。有了變異組提供的1100多萬個(gè)分子標(biāo)記，今后育種有可能突破這一限制，進(jìn)一步拓展番茄育種的空間。

　　在番茄商品化育種中，由于強(qiáng)調(diào)追求高產(chǎn)和耐儲(chǔ)運(yùn)等商業(yè)品質(zhì)，番茄風(fēng)味品質(zhì)下降了，消費(fèi)者抱怨番茄的味道越來越淡了。在番茄變異組大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，黃三文團(tuán)隊(duì)正和美國番茄品質(zhì)育種團(tuán)隊(duì)緊密合作，將闡明影響番茄風(fēng)味的20多種揮發(fā)性物質(zhì)的代謝和積累的機(jī)理，為培育更加美味的番茄提供新的工具。

　　“植物育種的歷史寫在基因組里。‘溫故而知新’，變異組將為未來番茄育種指明了方向。變異是遺傳育種的基礎(chǔ)，后續(xù)研究將進(jìn)一步闡明番茄重要農(nóng)藝性狀的遺傳和分子機(jī)理，并為全基因組設(shè)計(jì)育種打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)”，黃三文研究員說。

　　該研究是中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所功能基因組創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)近年來在《Nature》、《Nature Genetics》、《PNAS》、《PLoS Genetics》等刊物上發(fā)表多篇研究論文后，又一次在國際知名雜志發(fā)表的重要研究成果。

　　該研究得到了國家“973”計(jì)劃、國家杰出青年科學(xué)基金、“863”計(jì)劃、農(nóng)業(yè)部和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程等項(xiàng)目的資助。深圳市政府和大鵬新區(qū)政府對(duì)本項(xiàng)目的開展也提供了有力支持。