近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所與華南農(nóng)業(yè)大學(xué)開展合作研究，揭示了番茄紫色果實形成的分子遺傳基礎(chǔ)以及果實表皮中花青素生物合成的分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為番茄高品質(zhì)分子設(shè)計育種奠定了基礎(chǔ)。

 

　　花青素是目前所發(fā)現(xiàn)的清除人體內(nèi)自由基最有效的天然抗氧化劑，具有抗衰老、抗輻射、抗過敏、增進(jìn)視力、改善睡眠、預(yù)防癌癥、預(yù)防心腦血管疾病等功效。花青素廣泛存在于植物中。普通栽培番茄植株一般含有一定數(shù)量的花青素，然而果實通常不產(chǎn)生花青素。但是某些野生種番茄含有Aft、Abg或atv等遺傳位點(diǎn)，其果實與紫色茄子相似，因表皮能產(chǎn)生花青素而呈紫色。國外育種者通過傳統(tǒng)育種手段將上述遺傳位點(diǎn)轉(zhuǎn)育到普通栽培番茄中，已經(jīng)培育出高花青素的紫果番茄品種。然而，這些遺傳位點(diǎn)具體的分子遺傳機(jī)制尚不清楚。

 

　　蔬菜所科研團(tuán)隊從美國引進(jìn)的高花青素紫果番茄品種Indigo Rose為試驗材料，利用分子遺傳學(xué)研究手段，將atv位點(diǎn)精細(xì)定位到番茄7號染色體上約5.0 kb的區(qū)間內(nèi)。該區(qū)間中只有一個基因，編碼R3 MYB轉(zhuǎn)錄抑制因子，故將該基因命名為SlMYBATV。在含有atv位點(diǎn)番茄材料中，SlMYBATV基因編碼區(qū)存在一個4 bp的插入，該插入導(dǎo)致基因移碼突變和蛋白翻譯提前終止。SlMYBATV突變蛋白喪失了對花青素生物合成的抑制作用，導(dǎo)致果皮中花青素大量合成和積累，從而果實呈現(xiàn)紫色。通過番茄全基因組分析，本研究還發(fā)現(xiàn)了一些可能參與阻遏花青素生物合成的MYB抑制因子，包括2個R3 MYB和4個R2R3 MYB抑制因子。基因轉(zhuǎn)錄水平分析表明，在番茄SlMYBATV突變體的果實表皮中，由于SlMYBATV突變蛋白失去了抑制功能，花色素苷生物合成途徑中的大多數(shù)結(jié)構(gòu)基因和部分調(diào)控基因上調(diào)表達(dá)。基于上述結(jié)果，本研究提出了一個番茄果實表皮中花青素生物合成的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)模型。

 

　　本研究得到中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程、國家大宗蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系和廣州科技計劃重點(diǎn)項目的資助。中國農(nóng)科院蔬菜所碩士研究生曹雪、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)邱正坤博士為論文共同第一作者，蔬菜所黃澤軍副研究員為通訊作者。