華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝植物生物學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室番茄團(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GS基因位點(diǎn)，揭示了轉(zhuǎn)錄因子TAGL1調(diào)控番茄果實(shí)顏色形成的分子機(jī)理。
園藝果實(shí)色彩斑斕是由于葉綠素和類胡蘿卜素等色素多樣性積累。番茄果實(shí)表面不均勻分布使得番茄產(chǎn)生條斑表型，在番茄綠熟階段，葉綠素在果實(shí)表面差異性積累，進(jìn)而綠熟期果實(shí)表面呈現(xiàn)綠條斑和淺綠條斑隨機(jī)分布；紅熟階段番茄果實(shí)表面條斑產(chǎn)生，是由于果實(shí)表面類胡蘿卜素不同組分及其含量差異性。色素在園藝植物果實(shí)表面差異性分布是一種普遍存在的現(xiàn)象，比如西瓜、梨、桃和蘋果。前人通過反向遺傳學(xué)方法，揭示了蘋果表皮上紅條斑和黃條斑產(chǎn)生是由于MYB10啟動(dòng)子甲基化差異導(dǎo)致其表達(dá)量差異，伴隨著花青苷合成相關(guān)基因表達(dá)量發(fā)生變化，最終蘋果表皮上花青苷差異性積累產(chǎn)生紅條斑和黃條斑。同樣的，前人解析了梨表皮紅斑點(diǎn)和條紋也是由于MYB10啟動(dòng)子甲基化差異，目前這種基于甲基化差異的分子調(diào)控機(jī)理尚未完全清晰。
該研究中，通過對(duì)515份番茄核心種質(zhì)資源性狀調(diào)查，其中7份材料果實(shí)表現(xiàn)為條斑表型，因此條斑性狀屬于稀有變異，在目前育種材料中保存下來。研究團(tuán)隊(duì)通過全基因組關(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GWAS分析，與條斑表型相關(guān)的顯著性主效SNP位于SL2.50ch07_63842838 （P=2.672960472e-256），落在TAGL1的第二內(nèi)含子中。通過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，是由單基因控制。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，兩標(biāo)記物理距離大約93-Kb，有11個(gè)基因，11個(gè)基因表達(dá)量測定表明有且只有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RNA-Seq、ChIP-Seq和雙熒光素酶實(shí)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（AC背景，果實(shí)表現(xiàn)為條斑表型）對(duì)SNP（SL2.50ch07_63842838）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的高通量測序，從TAGL1的第二內(nèi)含子中MITE轉(zhuǎn)錄出來的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)表達(dá)差異性表達(dá)，產(chǎn)生了條斑的表型，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)開發(fā)了標(biāo)記，可以用于分子標(biāo)記輔助選擇育種。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)番茄課題組的博士研究生劉根忠為本文第一作者，張余洋教授為通訊作者。
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