近日，中國農(nóng)業(yè)科學院蔬菜花卉研究所與華南農(nóng)業(yè)大學開展合作研究，揭示了番茄紫色果實形成的分子遺傳基礎以及果實表皮中花青素生物合成的分子調(diào)控網(wǎng)絡，為番茄高品質(zhì)分子設計育種奠定了基礎。
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、增進視力、改善睡眠、預防癌癥、預防心腦血管疾病等功效?；ㄇ嗨貜V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，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，這些遺傳位點具體的分子遺傳機制尚不清楚。
蔬菜所科研團隊從美國引進的高花青素紫果番茄品種Indigo Rose為試驗材料，利用分子遺傳學研究手段，將atv位點精細定位到番茄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?；蜣D(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?；谏鲜鼋Y(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)技術體系和廣州科技計劃重點項目的資助。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。
