華中農(nóng)大在番茄莖稈發(fā)育調(diào)控機制研究中取得新進展

2020年3月，《Journal of Experimental Botany》在線發(fā)表了華中農(nóng)大園藝植物生物學(xué)教育部重點實驗室葉志彪教授領(lǐng)銜的番茄團隊題為“TomatoSD1, encoding a kinase interacting protein, is a major locus controlling stem development”的研究論文，該研究鑒定了調(diào)控番茄莖稈發(fā)育的關(guān)鍵基因SD1，并從遺傳和進化角度解析了番茄莖稈發(fā)育的遺傳基礎(chǔ)及調(diào)控機制。

番茄莖稈的加粗不僅有利于增產(chǎn)，還能提高番茄的機械抗性，使其適應(yīng)免搭架的輕簡栽培，而目前對番茄等重要園藝作物莖稈發(fā)育調(diào)控的研究十分有限。

華中農(nóng)大番茄研究團隊發(fā)現(xiàn)，番茄莖粗與果實大小這一關(guān)鍵產(chǎn)量性狀存在顯著相關(guān)性。研究團隊運用全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）和基因功能分析等手段，定位到調(diào)控莖粗的主效位點SDR9（STEM DIAMETER REGULATOR ON CHROMOSOME 9），編碼了一個激酶互作蛋白SD1（kinase interacting family protein）。研究表明，SD1主要在番茄莖稈的形成層部位表達，它通過調(diào)控次生韌皮部細胞的大小和數(shù)量來正向調(diào)控番茄莖稈發(fā)育。

SD1啟動子中一個11-bp 插入缺失（indel_11）與番茄莖粗完全連鎖，該位點的突變影響了該基因的表達，進而調(diào)控番茄莖稈發(fā)育。進化分析顯示SD1 indel_11在番茄由櫻桃番茄（CER）到現(xiàn)代大果番茄（BIG）的改良過程中受到人工選擇，這證明該基因是導(dǎo)致番茄在遺傳改良過程中莖稈變粗的遺傳基礎(chǔ)。研究團隊依據(jù)SD1 indel_11多態(tài)性開發(fā)了共顯性分子標(biāo)記，用于生產(chǎn)中快速鑒定番茄莖粗性狀。SD1基因鑒定及標(biāo)記開發(fā)可用于高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)番茄的分子育種，同時為培育適宜輕簡化栽培新品種提供基因資源。