中國科學(xué)院揭示加工番茄果形建成機制并創(chuàng)制出適合機采的鮮食番茄材料

2023年9月18日，《Nature Plants》在線發(fā)表了中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李傳友研究員團(tuán)隊題為“Redesigning the tomato fruit shape for mechanized production”的研究論文。該研究克隆了FS8.1基因，闡明其調(diào)控果形建成的細(xì)胞學(xué)基礎(chǔ)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，并創(chuàng)制出適合機采的鮮食番茄材料。

研究人員首先從細(xì)胞學(xué)層面證實FS8.1的主要功能是抑制子房壁細(xì)胞增殖。fs8.1突變使子房壁細(xì)胞過度增殖，而對中柱細(xì)胞的增殖影響不大，進(jìn)而造成了“方形”果實的產(chǎn)生。隨后，利用圖位克隆的方法分離得到了FS8.1基因。序列分析結(jié)果表明，F(xiàn)S8.1編碼1個非典型的Trihelix家族轉(zhuǎn)錄因子（又稱GT factor）。該轉(zhuǎn)錄因子含有保守的轉(zhuǎn)錄激活結(jié)構(gòu)域α-helical domain，卻不含定義該家族的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域trihelix domain。轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果表明，F(xiàn)S8.1通過激活細(xì)胞周期抑制子基因SlKRP2（KIP-RELATED PROTEIN 2）的表達(dá)來調(diào)控果形建成。有趣的是，F(xiàn)S8.1雖然可以富集到SlKRP2基因的啟動子區(qū)域，但不能直接結(jié)合啟動子。在fs8.1突變體中，作為轉(zhuǎn)錄輸出的SlKRP2在子房壁中的表達(dá)急劇下調(diào)，進(jìn)而削弱了對子房壁細(xì)胞增殖的抑制作用，導(dǎo)致方形果實的產(chǎn)生。因此，fs8.1通過改變果實形狀來增強了果實的耐壓能力，進(jìn)而推動了加工番茄機械化采收的變革。

該研究發(fā)現(xiàn)，敲除鮮食番茄FS8.1基因，可在不影響可溶性糖含量、有機酸含量和番茄紅素含量等主要品質(zhì)性狀的前提下，顯著提高果實的耐壓能力。這表明的確可以整合鮮食番茄品質(zhì)好與加工番茄耐壓性強的優(yōu)點。而在此基礎(chǔ)上，同時敲除FS8.1和SP（控制株型和果實成熟一致性）基因，可創(chuàng)制出株型緊湊、果實耐壓能力顯著增強、成熟一致性提高的適合機采的鮮食番茄材料。