华中农大揭示番茄进化中维生素C合成的调控机制

来源：植物科学最前沿

近日，华中农大园艺植物生物学教育部重点实验室番茄团队在国际遗传学期刊《PLoS Genetics》发表了题为《Genome-wide association analysis identifies a natural variation in basic helix-loop-helix transcription factor regulating ascorbate biosynthesis via D-mannose/L-galactose pathway in tomato》的研究论文，报道了番茄果实代谢变异的遗传基础，重点解析了番茄进化过程中抗坏血酸（Vc）变异的调控机制。

番茄是世界上营养价值最高的蔬菜作物之一，具有丰富的遗传多样性。揭示糖、有机酸等初级代谢物的遗传基础可以为番茄品质育种提供指导，同时也能提高番茄的产量和抗逆性。本研究通过对不同生长环境下的302份番茄材料的全基因组关联分析，鉴定了92个代谢性状的388个suggestive SNPs（包括126个显著SNPs）。利用连锁作图对可溶性固形物（SSC）的遗传位点进行了验证。本研究进一步对番茄果实抗坏血酸显著关联位点TFA9（TOMATO FRUIT ASCORBATEON CHROMOSOME 9）进行了功能分析。

研究结果表明，该位点编码一个bHLH转录因子SlbHLH59，该蛋白定位于细胞核。酵母单杂交和瞬时表达分析结果显示SlbHLH59直接结合于抗坏血酸生物合成途径之一的D-甘露糖/ L-半乳糖合成途径中的PMM、GMP2和GMP3基因启动子，促进抗坏血酸积累。研究分析发现SlbHLH59的启动子中的一个8-bp 插入缺失（InDel_8）与果实抗坏血酸含量完全连锁。InDel_8位于一个影响基因表达的5'UTR Py-rich stretch motif中，其通过影响SlbHLH59基因的表达来影响抗坏血酸积累。

进化分析表明，在番茄驯化、改良过程中选择了低表达的SlbHLH59等位基因。研究结果为抗坏血酸生物合成在番茄驯化过程中的调控和选择提供了一个典型案例。研究结果为番茄果实中代谢物的自然变异提供了新的遗传视角，将促进代谢物性状在番茄改良中的高效利用。此外，本研究中所发现的变异基因和多态性为进一步的基因组比较研究和提高番茄和其他园艺作物果实营养品质奠定了基础。

园艺植物生物学教育部重点实验室番茄团队博士后叶杰为该论文第一作者，叶志彪教授和张余洋教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、国家现代农业技术体系、中国博士后基金、湖北省自然科学基金和华中农业大学自主创新基金的资助。