番茄團(tuán)隊(duì)揭示番茄果實(shí)發(fā)育新機(jī)制

　　近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室番茄團(tuán)隊(duì)研究成果以“Variation in the fruit development gene POINTED TIP regulates protuberance of tomato fruit tip”為題在Nature Communications發(fā)表。研究克隆鑒定了番茄果實(shí)（果尖）發(fā)育基因POINTED TIP （PT），揭示了該基因控制番茄果實(shí)遠(yuǎn)端形態(tài)的遺傳基礎(chǔ)及分子機(jī)理，為番茄果實(shí)遠(yuǎn)端形態(tài)的遺傳改良提供了重要的理論基礎(chǔ)和基因資源。

 

　　市場(chǎng)上的鮮食番茄包括櫻桃番茄和大果栽培番茄。櫻桃番茄通常在果實(shí)遠(yuǎn)端凸起形成果尖，是櫻桃番茄重要的商品性狀；大果栽培番茄的遠(yuǎn)端通常出現(xiàn)壞死疤痕，而這種疤痕在環(huán)境不適宜的條件下表現(xiàn)的尤為明顯，極大的影響了番茄果實(shí)的品質(zhì)。控制番茄果尖的位點(diǎn)都是隱性遺傳，選擇含有果尖位點(diǎn)的自交系，將其與優(yōu)良的自交系雜交能夠有效減緩番茄果實(shí)遠(yuǎn)端的疤痕。因而研究番茄果尖發(fā)育的遺傳基礎(chǔ)及分子機(jī)制具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。

 

　　本研究通過(guò)對(duì)包含311份材料群體的全基因組關(guān)聯(lián)分析以及F2群體的連鎖分析鑒定到控制番茄果實(shí)遠(yuǎn)端形態(tài)（果尖）基因POINTED TIP （PT），發(fā)現(xiàn)Lead SNP位于一個(gè)編碼C2H2型的鋅指蛋白轉(zhuǎn)錄因子內(nèi)部，該SNP的變異導(dǎo)致PT鋅指蛋白保守域內(nèi)保守氨基酸的變異，使得其C2H2保守域的數(shù)目由三個(gè)變?yōu)閮蓚€(gè)，我們將這兩種等位基因分別命名為PTH和PTR。

 

　　F2:3家系分析及基因編輯敲除PTH/R發(fā)現(xiàn)PTR等位型和ptH/R均能使番茄遠(yuǎn)端形成果尖，PTR為功能缺失型，可調(diào)控果尖的形成，而PTH保持果實(shí)發(fā)育圓滑遠(yuǎn)端。形態(tài)觀察發(fā)現(xiàn)，花柱是番茄果尖發(fā)育所必須的，當(dāng)截去授粉受精后的花柱時(shí)，發(fā)育的果實(shí)果尖消失。此外，果尖是在花朵授粉受精之后至花柱脫落前，伴隨著花柱的衰老過(guò)程中確定的，是果實(shí)遠(yuǎn)端向外部發(fā)育形成。

 

　　進(jìn)一步的分子機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，相較于包含兩個(gè)C2H2保守域的PTR，PTH有更高的親和性結(jié)合在FUL2（Fruitful2）啟動(dòng)子上，負(fù)調(diào)控FUL2表達(dá)，抑制FUL2正調(diào)控果尖的效應(yīng)，影響果實(shí)生長(zhǎng)素的運(yùn)輸和分布，從而抑制番茄果實(shí)遠(yuǎn)端果尖的發(fā)育。本研究揭示了PT在番茄果實(shí)遠(yuǎn)端發(fā)育中的重要作用，為番茄果實(shí)遠(yuǎn)端形態(tài)的遺傳改良提供了重要的理論基礎(chǔ)和基因資源。

 

　　華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院博士后宋建文為論文第一作者，張俊紅教授為論文通訊作者。葉志彪教授、Robert M. Larkin教授和Zonglie Hong教授（美國(guó)愛(ài)達(dá)荷大學(xué)）等對(duì)該研究做出了重要貢獻(xiàn)。尚樂(lè)樂(lè)博士、王文乾博士等也參與了該研究。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)體系及中國(guó)博士后科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。

 

　　【英文摘要】

 

　　The domestication of tomato has led to striking variations in fruit morphology. Here, we show a genome-wide association study （GWAS） to understand the development of the fruit tip and describe a POINTED TIP （PT） gene that encodes a C2H2-type zinc finger transcription factor. A single nucleotide polymorphism is found to change a histidine （H） to an arginine （R） in the C2H2 domain of PT and the two alleles are referred to as PTH and PTR. Knocking out PTH leads to development of pointed tip fruit. PTH functions to suppress pointed tip formation by downregulating the transcription of FRUTFULL 2 （FUL2）， which alters the auxin transport. Our evolutionary analysis and previous studies by others suggest that the PTR allele likely hitch-hiked along with other selected loci during the domestication process. This study uncovers variation in PT and molecular mechanism underlying fruit tip development in tomato.

 

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33648-4