華中農業大學在番茄果實顏色研究中取得新進展

2020年5月28日，華中農業大學番茄團隊在《New Phytologist》發表題為“GREEN STRIPE,encoding methylated TOMATO AGAMOUS-LIKE 1, regulates chloroplast development and chlorophyll synthesis in fruit”的研究論文，克隆了番茄果實顏色GREEN STRIPE基因位點，揭示了轉錄因子TAGL1調控番茄果實顏色的分子機理。

研究通過對515份番茄核心種質性狀的調查，其中7份材料果實表現為條斑表型，因此條斑性狀屬稀有變異。通過全基因組關聯分析（GWAS）結合連鎖群體圖位克隆的方法，運用表達分析和轉基因等分子生物學技術，克隆并鑒定了TAGL1基因調控番茄條斑的形成。通過GWAS分析，與條斑表型相關的顯著性主效SNP位于SL2.50ch07_63842838，落在TAGL1的第二內含子中。通過F1表型和F2連鎖群體分離比統計，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，將目標基因鎖定在M63825和M63919兩個標記之間，距離大約93 kb，有11個基因；11個基因表達量測定表明有且只有TAGL1在淺綠條斑中表達量顯著性高于綠條斑。在條斑突變體gs中，利用轉基因技術獲得TAGL1超量轉基因系和敲除系的果實都表現為無條斑表型。在綠熟階段，相比對照gs，超量系果實表皮中葉綠素含量顯著性減少，敲除系果實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相吻合。通過RNA-Seq、ChIP-Seq和雙熒光素酶試驗表明，TAGL1影響葉綠素合成及葉綠體發育相關基因的表達。在7份商業番茄品種及LA3530（果實表現為條斑表型）對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行小RNA的高通量測序，從TAGL1的第二內含子中MITE轉錄出來的siRNA在綠條斑中表達高于淺綠條斑，此siRNA可能參與影響TAGL1啟動子甲基化。

在條斑番茄品種中，TAGL1僅在果實中差異性表達，產生條斑表型，豐富了番茄果實顏色類型。針對保守的SNP，研究團隊開發了標記，可以用于分子標記輔助選擇育種。