近日，山东省农业科学院蔬菜研究所联合中国农业科学院蔬菜花卉研究所以及农业基因组研究所在国际顶级期刊Nature（IF=50.5）上发表了题为“Releasing a sugar brake generates sweeter tomato without yield penalty”的研究论文。该研究通过全基因组关联分析鉴定到一个抑制果实糖积累的刹车基因CDPK27及其同源基因CDPK26，通过基因编辑敲除上述两个基因可使番茄果实糖含量增加30%以上，且不影响单果重和单株产量，该发现阐明了果实糖积累的调控机制，为解决番茄育种中兼顾品质和产量的难题提供了新的思路。
番茄是世界上产值最高的蔬菜作物，因其风味独特而深受消费者喜爱。现代番茄育种更加关注产量和抗病性而忽视了风味品质育种，导致“番茄越来越没有番茄味了”。糖含量是影响番茄口感的重要因素，但糖含量与果实大小通常呈负相关，大果番茄中的糖含量普遍偏低。因此，如何在保障不影响番茄产量的前提下，培育美味的番茄品种是各国育种家努力追求的目标。该研究发现，CDPK27/26能够通过磷酸化蔗糖合酶SUS3促进其降解，从而抑制葡萄糖和果糖的积累。进一步的研究表明，高糖型番茄中CDPK27的启动子区域存在一个12 bp的碱基插入并导致其表达量降低，从而促进糖的积累。但在番茄驯化和改良过程中，由于一味注重产量，导致高糖位点的频率从58.3%下降到2.6%（现代大果番茄），从而造成现代番茄品种风味降低。此外，该研究还通过基因编辑创制了一份缺失6个碱基的突变体CDPK27-CR1，该蛋白突变后保留了蛋白结合活性但缺失了激酶活性，然后通过与SUS3的结合来保护其不被其他激酶降解，从而实现了更好地提高果实含糖量的效果。该研究展现了基因编辑技术在创制更多优异等位基因应用中的巨大潜力，将来有可能通过显性负效应的作用来干扰其同源基因的功能，从而实现更好的作物遗传改良的效果。
中国农业科学院蔬菜花卉研究所张金喆、山东省农业科学院蔬菜研究所吕宏君、中国农业科学院农业基因组研究所陈洁为文章共同第一作者，中国农业科学院农业基因组研究所黄三文院士为文章的通讯作者。2016年，黄三文院士受聘为山东省农业科学院蔬菜研究所泰山学者特聘专家（2016-2020），2017年吕宏君博士与黄三文院士团队在番茄品质遗传改良方面联合开展科研合作。该文章的发表是双方多年合作取得的重大进展，为我院下一步开展对外合作提供了良好典范。（撰稿：吕宏君 核稿：王凤德）
原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08186-2
日期：2024-11-18
