华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室番茄团队在New Phytologist发表题为“GREEN STRIPE, encoding methylated TOMATO AGAMOUS‐LIKE 1, regulates chloroplast development and chlorophyll synthesis in fruit”的研究论文，克隆了番茄果实颜色GS基因位点，揭示了转录因子TAGL1调控番茄果实颜色形成的分子机理。
园艺果实色彩斑斓是由于叶绿素和类胡萝卜素等色素多样性积累。番茄果实表面不均匀分布使得番茄产生条斑表型，在番茄绿熟阶段，叶绿素在果实表面差异性积累，进而绿熟期果实表面呈现绿条斑和浅绿条斑随机分布；红熟阶段番茄果实表面条斑产生，是由于果实表面类胡萝卜素不同组分及其含量差异性。色素在园艺植物果实表面差异性分布是一种普遍存在的现象，比如西瓜、梨、桃和苹果。前人通过反向遗传学方法，揭示了苹果表皮上红条斑和黄条斑产生是由于MYB10启动子甲基化差异导致其表达量差异，伴随着花青苷合成相关基因表达量发生变化，最终苹果表皮上花青苷差异性积累产生红条斑和黄条斑。同样的，前人解析了梨表皮红斑点和条纹也是由于MYB10启动子甲基化差异，目前这种基于甲基化差异的分子调控机理尚未完全清晰。
该研究中，通过对515份番茄核心种质资源性状调查，其中7份材料果实表现为条斑表型，因此条斑性状属于稀有变异，在目前育种材料中保存下来。研究团队通过全基因组关联分析（GWAS）结合连锁群体图位克隆的方法，运用表达分析和转基因等分子生物学技术，克隆并鉴定了TAGL1基因调控番茄条斑的形成。通过GWAS分析，与条斑表型相关的显著性主效SNP位于SL2.50ch07_63842838 （P=2.672960472e-256），落在TAGL1的第二内含子中。通过F1表型和F2连锁群体分离比统计，表明番茄条斑表型为隐性性状，是由单基因控制。利用图位克隆，将目标基因锁定在M63825和M63919两个标记之间，两标记物理距离大约93-Kb，有11个基因，11个基因表达量测定表明有且只有TAGL1在浅绿条斑中表达量显著性高于绿条斑。在条斑突变体gs中，利用转基因技术获得TAGL1超量转基因系和敲除系的果实都表现为无条斑表型。在绿熟阶段，相比对照gs，超量系果实表皮中叶绿素含量显著性减少，敲除系果实表皮中叶绿素含量显著性增加，这与TAGL1在浅绿条斑和绿条斑中的差异性表达相吻合。通过RNA-Seq、ChIP-Seq和双荧光素酶实验表明，TAGL1影响叶绿素合成及叶绿体发育相关基因的表达。在7份商业番茄品种及LA3530（AC背景，果实表现为条斑表型）对SNP（SL2.50ch07_63842838）分析，表明此SNP与条斑性状紧密连锁，暗示着甲基化这种表观修饰是由DNA水平上序列差异引起的。在浅绿条斑和绿条斑中进行小RNA的高通量测序，从TAGL1的第二内含子中MITE转录出来的siRNA在绿条斑中表达高于浅绿条斑，此siRNA可能参与影响TAGL1启动子甲基化。
在条斑番茄品种中，TAGL1仅在果实表达差异性表达，产生了条斑的表型，丰富了番茄果实颜色类型。针对保守的SNP，研究团队开发了标记，可以用于分子标记辅助选择育种。华中农业大学番茄课题组的博士研究生刘根忠为本文第一作者，张余洋教授为通讯作者。
日期：2020-10-14
