让番茄更美味的基因被发现了 | Nature Genetics

来源：科研圈

来源 美国农业部、BOYCE THOMPSON INSTITUTE

编译 张元一

审校 魏潇

分子生物学家 James Giovannoni 带领 ARS 植物、土壤与营养研究实验室，与 BTI 的生物信息学家费章军（Zhangjun Fei）共同完成了栽培番茄及其野生近缘种的泛基因组（pan-genome）构建工作，发现了近 5,000 个以前未被记载的新基因。

费章军和 James Giovannoni 在 BTI 的温室中。图片来源： Mike Carroll | BTI

基因组是生物体基因及其功能的生物图谱。但是基因组通常来自某个特定物种，是同一种属内其他生物体的参考基因组。世界上第一个番茄基因组序列是 2012 年发布的一个大型现代品种，揭示了大约 35,000 个基因并促进了作物改良方面的研究。从那时起，研究者们开始对数百种其他类别的番茄进行基因测序。

本次研究中的番茄泛基因组包括来自 725 种不同栽培条件但具有紧密亲缘关系的野生番茄的所有基因，其中包含原始参考基因组中缺少的 4,873 个基因。“泛基因组提供了原始参考基因组中缺少的一部分基因。 “ 费章军说。 “育种者可以探索泛基因组中他们感兴趣的基因，并可以在接下来的繁育过程中有意识地保留这些基因，用以改善他们的番茄品种。”

尽管目前栽培番茄具有丰富的生理和代谢多样性，但在其驯化和繁育过程中存在几个严重的瓶颈。这意味着现今番茄的遗传基础较窄。泛基因组有助于确定哪些在参考基因组之外的基因可用于作物育种和改良。

现代育种者主要关注的特征包括产量、保质期、抗病性和抗逆性等，这些特性对种植者来说具有重要经济意义。番茄是人们最常吃的蔬菜之一——尽管它们从植物学角度来说是水果——全球年产量为 1.82 亿吨，价值超过 600 亿美元。

“在番茄的驯化和改良过程中，人们主要关注的是能增加产量的特性，比如果实大小和保质期，”费章军说，“因此一些涉及到其他的、属于水果的重要品质特性和抗逆性基因在这个过程中被遗忘了。” 

事实上，研究人员发现，和植物对不同病原体产生防御反应有关的基因，是番茄驯化品种中最常见的被遗忘基因。

 “这些新基因可以使育种者培育出对疾病具有遗传抗性精英番茄品种，毕竟目前它们对抗疾病是靠杀虫剂或其他方式，高成本且高污染，” James Giovannoni 补充道。

除了补充这些“丢失的”基因，研究人员还试图在泛基因组中寻找现代品种中罕见的基因和基因突变。

他们发现了一种罕见的基因，称为 TomLoxC，它能帮助番茄产生理想的风味。这种罕见的基因存在于 91.2％ 的野生西红柿中，但在早期驯化品种中只占 2.2％。

Giovannoni 说：“现代番茄品种中存在 TomLoxC 基因的频率为 7％，很明显，育种者已开始选择它，可能因为他们在近几十年里更多地关注风味了。”

此外，研究者还发现了 TomLoxC 基因的新功能。

“从 TomLoxC 的基因序列来看，它参与了脂肪转化为化合物的过程，” Giovannoni 说。 “我们发现它还能从使番茄变红的“颜料”——类胡萝卜素中产生风味化合物。因此它具有超出我们预期的额外功能，对于喜欢吃美味番茄的人来说这是一个有趣的结果。”

最终，番茄泛基因组可以使经济和消费者都受益，资助了这项研究工作的美国国家科学基金会植物基因组研究计划项目主任 Clifford Weil 说。

 “你有多少次听到别人说到商店的番茄比不过原生品种？” Weil 问道。 “这项研究可以解释为什么会出现这样的情况。更好吃的番茄要回来了。”

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41588-019-0410-2