农科院发掘影响番茄糖含量的关键基因

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关键词：

来源：

Nature

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来源地址：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08186-2

资源所属：

农业生物技术专题

类型：

学术文献

语种：

英语

原文发布日期：

2024-11-13

摘要：

2024年11月13日，中国农业科学院黄三文团队在Nature杂志在线发表了题为“Releasing a sugar brake generates sweeter tomato without yield penalty”的研究论文，该研究鉴定了两个基因，番茄（Solanum lycopersicum）钙依赖性蛋白激酶27 (SlCDPK27；也被称为SlCPK27)和它的同源物SlCDPK26，它们控制着水果中的糖含量。它们通过磷酸化蔗糖合酶起到糖刹车的作用，从而促进蔗糖合酶的降解。基因编辑的SlCDPK27和SlCDPK26敲除使葡萄糖和果糖含量增加了30%，在不影响果实重量或产量的情况下提高了感知甜味。虽然突变体的种子数量更少，重量更轻，但它们表现出正常的发芽。番茄是世界上最有价值的蔬菜作物，对人类饮食的整体健康和营养做出了重大贡献。可溶性固形物含量是影响番茄果实品质的关键因素之一。糖，主要是果糖和葡萄糖，在番茄果实中大约占总SSC的55%到65%，占总固体的50%。糖含量和糖酸比是影响口味的主要因素，约占消费者总体喜好的一半。大多数消费者更喜欢更甜的西红柿。高含糖量对加工番茄的经济价值也有积极的促进作用；当生产糖浓度为28%的番茄酱时，将SSC从4%增加到5%可以减少原料消耗高达25%。作物驯化是一个动态的、持续的过程，强烈地反映了人类的偏好。番茄驯化的一个明显特征是果实尺寸的大幅增加，栽培的番茄比野生祖先大10-100倍。然而，这些产量的增加导致了糖含量的降低。果实重量和含糖量之间的强烈负相关关系可能与驯化和改良过程中高糖等位基因的丢失有关，因为光同化物质必须分配到较大的果实中。由于产量和果实大小是行业选择品种的主要决定因素，打破糖含量和产量之间的负相关关系将是一个重大突破，特别是对消费者而言。研究人员最近分析了33种与消费者偏好和味道强度特别相关的化学物质，得出了20个性状的251个相关位点。两个位点与葡萄糖和果糖含量均显著相关，分别对应两个主要的数量性状位点LIN5和SSC11.1。在这里，研究人员在SlCDPK27的启动子中发现了一个与SSC11.1位点的高糖等位基因相关的12个碱基对（bp）插入。此外，SlCDPK27及其同源物SlCDPK26的基因组编辑使葡萄糖和果糖含量增加了30%，而不影响果实重量或产量，这为在不牺牲大小或产量的情况下在大果实品种中设计更甜的西红柿提供了机会。总之，该研究提供了对控制番茄果实糖积累的调控机制的见解，并为在不牺牲大小和产量的情况下增加大果品种的糖含量提供了机会。