農(nóng)業(yè)生產(chǎn)面臨鎘（Cd）等重金屬污染的潛在威脅。礦山和金屬冶煉廢水等工業(yè)生產(chǎn)等導(dǎo)致耕地中的Cd暴露，既阻礙植物生長(zhǎng)，又通過(guò)食物鏈威脅人類(lèi)健康。番茄作為全球消費(fèi)量最大的蔬菜之一，其Cd積累的遺傳機(jī)制目前仍不清楚。

 

　　近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院、果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/湖北洪山實(shí)驗(yàn)室番茄研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際期刊Advanced Science發(fā)表了題為Co-Selection of Low Cadmium Accumulation and High Yield During Tomato Improvement的研究論文，揭示了番茄在改良進(jìn)程中如何“一舉兩得”——同步提高產(chǎn)量并降低Cd積累。文章指出，這一看似偶然的“雙贏”，實(shí)則源于基因組上的一段“遺傳搭車(chē)”效應(yīng)。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)對(duì)全球506份番茄核心種質(zhì)進(jìn)行了Cd積累能力鑒定，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于野生番茄和櫻桃番茄群體，大果番茄群體的Cd積累能力更弱。通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS），成功在3號(hào)染色體末端鎖定一個(gè)控制Cd積累的關(guān)鍵基因——LCT1（Low Cadmium in Tomato 1）。該基因編碼類(lèi)黃酮3'-羥化酶（F3'H），其3'UTR區(qū)域的一個(gè)自然變異位點(diǎn)SNP3-A可顯著降低番茄植株及果實(shí)中的Cd含量。深入分析發(fā)現(xiàn)，miR8762靶向LCT1的3'UTR以抑制其表達(dá)，而SNP3-A恰好破壞了miR8762的結(jié)合位點(diǎn)，LCT1表達(dá)隨之升高，鎘積累則顯著降低。

 

　　進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，“低Cd”等位基因LCT1A與“大果”等位基因fw3.2T緊密連鎖?；厮莘训鸟Z化改良?xì)v程，從野生番茄到櫻桃番茄，再到大果番茄，LCT1A的頻率從不足10%上升至85%以上，其上升軌跡與fw3.2T的固定過(guò)程幾乎同步，且二者均在櫻桃番茄到大果番茄這一改良階段受到最為強(qiáng)烈的選擇。因此，這使得人類(lèi)在追求更大果實(shí)的同時(shí)，無(wú)意間通過(guò)連鎖效應(yīng)降低了果實(shí)Cd積累能力，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)量與食用安全性的協(xié)同提升。

 

　　該研究首次從遺傳學(xué)層面闡明，由于與“大果”基因緊密連鎖，“低 Cd”這一原本處于“隱藏”狀態(tài)的優(yōu)良性狀，在從未被刻意選育的情況下仍得以保留并不斷富集。這一發(fā)現(xiàn)不僅提供了可直接用于番茄低 Cd 育種的分子標(biāo)記，也為作物“高產(chǎn)—安全”協(xié)同改良探索出一條全新的分子設(shè)計(jì)路徑。

 

　　華中農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝林學(xué)學(xué)院畢業(yè)博士生張星雨（現(xiàn)為華中農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后）為論文第一作者，園藝林學(xué)學(xué)院、果蔬園藝作物種質(zhì)創(chuàng)新與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/湖北洪山實(shí)驗(yàn)室番茄研究團(tuán)隊(duì)張余洋教授為論文通訊作者。該研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。

 

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202505138