近日，山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所以及農(nóng)業(yè)基因組研究所在國(guó)際頂級(jí)期刊Nature（IF=50.5）上發(fā)表了題為“Releasing a sugar brake generates sweeter tomato without yield penalty”的研究論文。該研究通過全基因組關(guān)聯(lián)分析鑒定到一個(gè)抑制果實(shí)糖積累的剎車基因CDPK27及其同源基因CDPK26，通過基因編輯敲除上述兩個(gè)基因可使番茄果實(shí)糖含量增加30%以上，且不影響單果重和單株產(chǎn)量，該發(fā)現(xiàn)闡明了果實(shí)糖積累的調(diào)控機(jī)制，為解決番茄育種中兼顧品質(zhì)和產(chǎn)量的難題提供了新的思路。

 

　　番茄是世界上產(chǎn)值最高的蔬菜作物，因其風(fēng)味獨(dú)特而深受消費(fèi)者喜愛?，F(xiàn)代番茄育種更加關(guān)注產(chǎn)量和抗病性而忽視了風(fēng)味品質(zhì)育種，導(dǎo)致“番茄越來越?jīng)]有番茄味了”。糖含量是影響番茄口感的重要因素，但糖含量與果實(shí)大小通常呈負(fù)相關(guān)，大果番茄中的糖含量普遍偏低。因此，如何在保障不影響番茄產(chǎn)量的前提下，培育美味的番茄品種是各國(guó)育種家努力追求的目標(biāo)。該研究發(fā)現(xiàn)，CDPK27/26能夠通過磷酸化蔗糖合酶SUS3促進(jìn)其降解，從而抑制葡萄糖和果糖的積累。進(jìn)一步的研究表明，高糖型番茄中CDPK27的啟動(dòng)子區(qū)域存在一個(gè)12 bp的堿基插入并導(dǎo)致其表達(dá)量降低，從而促進(jìn)糖的積累。但在番茄馴化和改良過程中，由于一味注重產(chǎn)量，導(dǎo)致高糖位點(diǎn)的頻率從58.3%下降到2.6%（現(xiàn)代大果番茄），從而造成現(xiàn)代番茄品種風(fēng)味降低。此外，該研究還通過基因編輯創(chuàng)制了一份缺失6個(gè)堿基的突變體CDPK27-CR1，該蛋白突變后保留了蛋白結(jié)合活性但缺失了激酶活性，然后通過與SUS3的結(jié)合來保護(hù)其不被其他激酶降解，從而實(shí)現(xiàn)了更好地提高果實(shí)含糖量的效果。該研究展現(xiàn)了基因編輯技術(shù)在創(chuàng)制更多優(yōu)異等位基因應(yīng)用中的巨大潛力，將來有可能通過顯性負(fù)效應(yīng)的作用來干擾其同源基因的功能，從而實(shí)現(xiàn)更好的作物遺傳改良的效果。

 

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所張金喆、山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所呂宏君、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所陳潔為文章共同第一作者，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)基因組研究所黃三文院士為文章的通訊作者。2016年，黃三文院士受聘為山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所泰山學(xué)者特聘專家（2016-2020），2017年呂宏君博士與黃三文院士團(tuán)隊(duì)在番茄品質(zhì)遺傳改良方面聯(lián)合開展科研合作。該文章的發(fā)表是雙方多年合作取得的重大進(jìn)展，為我院下一步開展對(duì)外合作提供了良好典范。（撰稿：呂宏君   核稿：王鳳德）

 

　　原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08186-2