華中農(nóng)業(yè)大學(xué)在番茄果實(shí)顏色研究中取得新進(jìn)展

2020年5月28日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)番茄團(tuán)隊(duì)在《New Phytologist》發(fā)表題為“GREEN STRIPE,encoding methylated TOMATO AGAMOUS-LIKE 1, regulates chloroplast development and chlorophyll synthesis in fruit”的研究論文，克隆了番茄果實(shí)顏色GREEN STRIPE基因位點(diǎn)，揭示了轉(zhuǎn)錄因子TAGL1調(diào)控番茄果實(shí)顏色的分子機(jī)理。

研究通過(guò)對(duì)515份番茄核心種質(zhì)性狀的調(diào)查，其中7份材料果實(shí)表現(xiàn)為條斑表型，因此條斑性狀屬稀有變異。通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）結(jié)合連鎖群體圖位克隆的方法，運(yùn)用表達(dá)分析和轉(zhuǎn)基因等分子生物學(xué)技術(shù)，克隆并鑒定了TAGL1基因調(diào)控番茄條斑的形成。通過(guò)GWAS分析，與條斑表型相關(guān)的顯著性主效SNP位于SL2.50ch07_63842838，落在TAGL1的第二內(nèi)含子中。通過(guò)F1表型和F2連鎖群體分離比統(tǒng)計(jì)，表明番茄條斑表型為隱性性狀，由單基因控制。利用圖位克隆，將目標(biāo)基因鎖定在M63825和M63919兩個(gè)標(biāo)記之間，距離大約93 kb，有11個(gè)基因；11個(gè)基因表達(dá)量測(cè)定表明有且只有TAGL1在淺綠條斑中表達(dá)量顯著性高于綠條斑。在條斑突變體gs中，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)獲得TAGL1超量轉(zhuǎn)基因系和敲除系的果實(shí)都表現(xiàn)為無(wú)條斑表型。在綠熟階段，相比對(duì)照gs，超量系果實(shí)表皮中葉綠素含量顯著性減少，敲除系果實(shí)表皮中葉綠素含量顯著性增加，這與TAGL1在淺綠條斑和綠條斑中的差異性表達(dá)相吻合。通過(guò)RNA-Seq、ChIP-Seq和雙熒光素酶試驗(yàn)表明，TAGL1影響葉綠素合成及葉綠體發(fā)育相關(guān)基因的表達(dá)。在7份商業(yè)番茄品種及LA3530（果實(shí)表現(xiàn)為條斑表型）對(duì)SNP分析，表明此SNP與條斑性狀緊密連鎖，暗示著甲基化這種表觀修飾是由DNA水平上序列差異引起的。在淺綠條斑和綠條斑中進(jìn)行小RNA的高通量測(cè)序，從TAGL1的第二內(nèi)含子中MITE轉(zhuǎn)錄出來(lái)的siRNA在綠條斑中表達(dá)高于淺綠條斑，此siRNA可能參與影響TAGL1啟動(dòng)子甲基化。

在條斑番茄品種中，TAGL1僅在果實(shí)中差異性表達(dá)，產(chǎn)生條斑表型，豐富了番茄果實(shí)顏色類型。針對(duì)保守的SNP，研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了標(biāo)記，可以用于分子標(biāo)記輔助選擇育種。