近日，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研究成果以“Variation in the fruit development gene POINTED TIP regulates protuberance of tomato fruit tip”为题在Nature Communications发表。研究克隆鉴定了番茄果实（果尖）发育基因POINTED TIP （PT），揭示了该基因控制番茄果实远端形态的遗传基础及分子机理，为番茄果实远端形态的遗传改良提供了重要的理论基础和基因资源。
市场上的鲜食番茄包括樱桃番茄和大果栽培番茄。樱桃番茄通常在果实远端凸起形成果尖，是樱桃番茄重要的商品性状；大果栽培番茄的远端通常出现坏死疤痕，而这种疤痕在环境不适宜的条件下表现的尤为明显，极大的影响了番茄果实的品质。控制番茄果尖的位点都是隐性遗传，选择含有果尖位点的自交系，将其与优良的自交系杂交能够有效减缓番茄果实远端的疤痕。因而研究番茄果尖发育的遗传基础及分子机制具有重要的理论意义和应用价值。
本研究通过对包含311份材料群体的全基因组关联分析以及F2群体的连锁分析鉴定到控制番茄果实远端形态（果尖）基因POINTED TIP （PT），发现Lead SNP位于一个编码C2H2型的锌指蛋白转录因子内部，该SNP的变异导致PT锌指蛋白保守域内保守氨基酸的变异，使得其C2H2保守域的数目由三个变为两个，我们将这两种等位基因分别命名为PTH和PTR。
F2:3家系分析及基因编辑敲除PTH/R发现PTR等位型和ptH/R均能使番茄远端形成果尖，PTR为功能缺失型，可调控果尖的形成，而PTH保持果实发育圆滑远端。形态观察发现，花柱是番茄果尖发育所必须的，当截去授粉受精后的花柱时，发育的果实果尖消失。此外，果尖是在花朵授粉受精之后至花柱脱落前，伴随着花柱的衰老过程中确定的，是果实远端向外部发育形成。
进一步的分子机制研究发现，相较于包含两个C2H2保守域的PTR，PTH有更高的亲和性结合在FUL2（Fruitful2）启动子上，负调控FUL2表达，抑制FUL2正调控果尖的效应，影响果实生长素的运输和分布，从而抑制番茄果实远端果尖的发育。本研究揭示了PT在番茄果实远端发育中的重要作用，为番茄果实远端形态的遗传改良提供了重要的理论基础和基因资源。
华中农业大学园艺林学学院博士后宋建文为论文第一作者，张俊红教授为论文通讯作者。叶志彪教授、Robert M. Larkin教授和Zonglie Hong教授（美国爱达荷大学）等对该研究做出了重要贡献。尚乐乐博士、王文乾博士等也参与了该研究。该研究得到了国家自然科学基金、国家现代农业技术体系及中国博士后科学基金等项目资助。
【英文摘要】
The domestication of tomato has led to striking variations in fruit morphology. Here, we show a genome-wide association study （GWAS） to understand the development of the fruit tip and describe a POINTED TIP （PT） gene that encodes a C2H2-type zinc finger transcription factor. A single nucleotide polymorphism is found to change a histidine （H） to an arginine （R） in the C2H2 domain of PT and the two alleles are referred to as PTH and PTR. Knocking out PTH leads to development of pointed tip fruit. PTH functions to suppress pointed tip formation by downregulating the transcription of FRUTFULL 2 （FUL2）， which alters the auxin transport. Our evolutionary analysis and previous studies by others suggest that the PTR allele likely hitch-hiked along with other selected loci during the domestication process. This study uncovers variation in PT and molecular mechanism underlying fruit tip development in tomato.
论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33648-4
日期：2022-10-10
