破解調(diào)控果形的“密碼” 讓鮮食番茄既耐擠壓又香甜

一顆多汁爽口的鮮食番茄，為何呈現(xiàn)圓形而不是橢圓形？為何在運輸中不抗擠壓？這些問題的答案蘊含在番茄基因中。

記者日前從山東農(nóng)業(yè)大學(xué)了解到，該校生命科學(xué)學(xué)院李傳友教授團隊通過破解加工番茄耐擠壓能力強的秘密，培育出了抗擠壓、適合機械采摘的鮮食番茄，使鮮食番茄兼?zhèn)溆矊嵟c香甜的優(yōu)點。相關(guān)研究成果發(fā)表在國際植物學(xué)期刊《自然·植物》上。

該成果發(fā)布之后，《科學(xué)》雜志同步發(fā)表評述文章。文章認(rèn)為，“這項原創(chuàng)性的研究成果具有廣闊的應(yīng)用前景，將會在全世界范圍內(nèi)引發(fā)鮮食番茄生產(chǎn)方式的重大變革”。

發(fā)現(xiàn)主管番茄外形的基因突變位點

人們將西紅柿視為美味的蔬菜，可炒熟吃或生吃。但很多人不知道超市里大批量供應(yīng)的番茄醬的原料并不是鮮食番茄，而是加工番茄。

李傳友對記者表示，加工番茄和鮮食番茄在種植和采收方式、外形、口感等方面有諸多不同。比如，加工番茄小、呈橢圓形、皮硬，鮮食番茄呈圓形，表皮薄而軟；在口感上，加工番茄皮厚肉實，鮮食番茄則多汁爽口。

據(jù)了解，番茄起源于中美洲。早在1955年，美國番茄育種專家就培育出了橢圓形、抗擠壓的品種，并將其命名為roma，即羅馬番茄。

美國專家之所以能選育出橢圓形番茄，是因為他發(fā)現(xiàn)了一個主管番茄外形的基因突變位點。這個突變位點業(yè)內(nèi)稱之為“fs8.1”，位于番茄第8號染色體上。通常一個位點有不同的基因型，該位點正常的野生型等位基因?qū)懽鳌癋S8.1”，突變型等位基因?qū)懽鳌癴s8.1”。正是fs8.1使番茄果實形狀由野生的圓形變成了橢圓形，增強了果實的耐擠壓能力。該位點的育種應(yīng)用實現(xiàn)了加工番茄從傳統(tǒng)的人工采收到機械化生產(chǎn)的重大變革，也拯救了當(dāng)時的加工番茄產(chǎn)業(yè)。

同時，fs8.1的發(fā)現(xiàn)也為科學(xué)家們打開了研究的新天地。經(jīng)過幾十年的探索，科學(xué)家們摸清了FS8.1基因的大概位置。這些初步定位，為李傳友教授團隊的工作奠定了基礎(chǔ)。

不過，fs8.1究竟是如何調(diào)控番茄果形的？這個突變位點能否應(yīng)用于鮮食番茄的育種，提高其耐擠壓性，使其實現(xiàn)機械采摘？這些問題一直沒有得到解答。

有望給鮮食番茄產(chǎn)業(yè)帶來改變

在實驗室里，李傳友團隊將兩個品種的番茄進行雜交，播種了1.4萬多顆種子來研究分析fs8.1在不同遺傳材料中的分布，最終利用圖位克隆方法分離得到FS8.1基因。

“FS8.1基因普遍存在于幾乎所有野生和栽培的番茄中，主要功能是抑制子房壁細(xì)胞（后期分化為果皮的細(xì)胞）增殖，控制細(xì)胞生長。所有現(xiàn)代加工番茄都含有fs8.1，表明fs8.1在加工番茄育種的進程中受到了選擇。”李傳友說。耐人尋味的是，該優(yōu)異等位基因并不存在于鮮食番茄中。

在野生型鮮食番茄中，F(xiàn)S8.1基因在子房壁中高表達(dá)，在中柱中低表達(dá)，所以子房在各個方向上生長均勻，從而形成圓形果實。而在突變體中，fs8.1對子房壁細(xì)胞增殖的抑制作用大大削弱，使細(xì)胞在一個方向上更快生長，果實就成為橢圓形。

令人欣喜的是，fs8.1沒有影響果實成熟和果實質(zhì)地，只是讓番茄耐擠壓能力顯著增加。接下來，團隊利用基因編輯技術(shù)，在兩種人們?nèi)粘Ｊ秤玫膱A形番茄中敲除了FS8.1和SP（控制株型和果實成熟一致性）兩個基因。結(jié)果，這些番茄開花成熟后，結(jié)出的果實也像加工番茄一樣成為橢圓形。

為驗證敲除FS8.1基因后番茄果實的耐擠壓能力，科研人員利用機器壓扁了近150個番茄，測量它們的崩裂點，結(jié)果這些番茄顯示出了足夠的韌勁兒。而且，實驗和口感都表明，敲除FS8.1基因后番茄果實的可溶性糖含量、主要有機酸含量和番茄紅素含量等主要品質(zhì)性狀沒有受到任何影響。

目前市面上的鮮食番茄基本是提前采摘，在沒有熟透時被摘下，被小心翼翼放進紙箱里，經(jīng)過幾天流通到市場上時，正好呈現(xiàn)出最鮮亮的紅色。如果完全成熟時再采摘，除非就近銷售，否則損果率太高，經(jīng)濟損失巨大。

中國番茄總產(chǎn)量目前居世界第一，占世界總產(chǎn)量的1/3以上，常年種植面積1600萬畝，產(chǎn)值1600億元。李傳友將番茄的投入產(chǎn)出比與幾種主要糧食和經(jīng)濟作物進行對比，發(fā)現(xiàn)番茄每畝純收益是土豆的6倍、甘藍(lán)的8倍、玉米的18倍。

“我們期待這種株型緊湊、果實耐壓力更強、成熟一致性更高且適合機械化生產(chǎn)的鮮食番茄，能為這個產(chǎn)業(yè)帶來改變?！崩顐饔颜f。（王延斌 翟榮惠）