華中農業(yè)大學揭示番茄進化中VC 合成的調控機制

5月8日，華中農業(yè)大學園藝植物生物學教育部重點實驗室番茄團隊在國際遺傳學期刊PLoS Genetics發(fā)表了題為Genome-wide association analysis identifies a natural variation in basic helix-loop-helix transcription factor regulating ascorbate biosynthesis via D-mannose/L-galactose pathway in tomato的研究論文，報道了番茄果實代謝變異的遺傳基礎，重點解析了番茄進化過程中抗壞血酸（VC）變異的調控機制。

番茄是世界上營養(yǎng)價值最高的蔬菜作物之一，具有豐富的遺傳多樣性。揭示糖、有機酸等初級代謝物的遺傳基礎可以為番茄品質育種提供指導，同時也能提高番茄的產(chǎn)量和抗逆性。該研究通過對不同生長環(huán)境下的302份番茄材料的全基因組關聯(lián)分析，鑒定了92個代謝性狀的388個suggestive SNPs（包括126個顯著SNPs）。利用連鎖作圖對可溶性固形物（SSC）的遺傳位點進行了驗證，并進一步對番茄果實抗壞血酸顯著關聯(lián)位點TFA9（TOMATO FRUIT ASCORBATEON CHROMOSOME 9）進行了功能分析。

研究結果表明，該位點編碼一個bHLH轉錄因子SlbHLH59，該蛋白定位于細胞核。酵母單雜交和瞬時表達分析結果顯示SlbHLH59直接結合于抗壞血酸生物合成途徑之一的D-甘露糖/ L-半乳糖合成途徑中的PMM、GMP2和GMP3基因啟動子，促進抗壞血酸積累。研究分析發(fā)現(xiàn)SlbHLH59的啟動子中的1個8 bp 插入缺失（InDel_8）與果實抗壞血酸含量完全連鎖。InDel_8位于一個影響基因表達的5′ UTR Py-rich stretch motif中，其通過影響SlbHLH59基因的表達來影響抗壞血酸積累。

進化分析表明，在番茄馴化、改良過程中選擇了低表達的SlbHLH59等位基因。研究結果為抗壞血酸生物合成在番茄馴化過程中的調控和選擇提供了一個典型案例，為番茄果實中代謝物的自然變異提供了新的遺傳視角，將促進代謝物性狀在番茄改良中的高效利用。此外，該研究中所發(fā)現(xiàn)的變異基因和多態(tài)性為進一步的基因組比較研究和提高番茄和其他園藝作物果實營養(yǎng)品質奠定了基礎。

園藝植物生物學教育部重點實驗室番茄團隊博士后葉杰為該論文第一作者，葉志彪教授和張余洋教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、國家現(xiàn)代農業(yè)技術體系、中國博士后基金、湖北省自然科學基金和華中農業(yè)大學自主創(chuàng)新基金的資助。