发布时间:2019-05-15 15:58 原文链接: 新研究在番茄基因组库中添加近5000个基因

  现在,来自农业研究局(ARS)和Boyce Thompson研究所(BTI)的科学家们在刚刚发表的《Nature Genetics》一文中,重点讨论了这个问题。

  位于纽约伊萨卡的ARS植物、土壤和营养研究实验室分子生物学家James Giovannoni和BTI生物信息学科学家Zhangjun Fei完成了栽培番茄及其野生亲缘植物的泛基因组(pan-genome)构建,绘制了近5000个以前未记录的基因。

  基因组是生物体基因及其功能的生物学图谱。但是一个基因组通常代表一个单一的品种,然后作为其他物种的参考基因组。这个泛基因组包含了725个不同栽培和近缘野生番茄的所有基因,并提示有4873个基因在原始参考基因组中缺失。

  虽然栽培番茄有广泛的物理和代谢变异,但在其驯化和育种过程中存在着几个严重的瓶颈。这意味着今天的番茄遗传基础很窄。泛基因组有助于确定哪些超出参考范围的附加基因可用于作物育种和改良。

  在现代,育种家主要关心产量、货架期、抗病性和耐压力等性状,这些性状对种植者具有重要的经济意义。番茄是最常吃的蔬菜之一(尽管从植物学上讲,它们实际上是水果)全球年产量达1.82亿吨,价值超过600亿美元。

  2017年,美国人均新鲜番茄消费量为20.3磅,加上人均加工番茄消费,总量为73.3磅。在美国,番茄是仅次于土豆的第二大食用蔬菜。

  “构建这个泛基因组最重要的发现之一是,一种罕见版本的TomLoxC基因,它的DNA基因启动子版本大不相同。这种基因通过催化一些含脂挥发物生物合成来影响水果的风味,这些挥发物很容易挥发并有助于香气的产生,”Giovannoni解释说。

  此外,研究人员发现了一个新的作用,TomLoxC它还促进脱辅基类胡萝卜素(apocarotenoids)的生产,一种从包括维生素A前体在内的类胡萝卜素衍变过来的有机化学物质,是影响包括环境压力在内的植物多种反应的信号分子。这些化合物还具有多种花香和水果味,对番茄味道很重要。

  在古老或传家宝栽培的大型番茄品种中,仅有2%的品种里存在罕见的TomLoxC,而91%的野生番茄(主要是茄属植物,即栽培番茄的野生前身)都携带TomLoxC。越新的品种越是如此。

  Giovannoni补充说:“在番茄驯化过程中,似乎有很强的选择压力反对或至少没有选择这种版本的TomLoxC。如果在现代番茄中,增加该基因版本,可能会重燃种植者对改良风味的兴趣。”

  在广泛的可用的特定遗传信息的帮助下,育种家应该能够更快速地工作,以改善大量市售番茄的风味,同时保留使它们成为经济上有利作物的特性。

  番茄全基因组新发现的基因,为番茄基因组库增加了大量的信息,并为番茄的改良提供了更多的机会。这些基因在不同番茄群体中的存在和缺失,为人类选择所需性状重塑番茄基因组提供了重要的线索。

  科学家们预计,新研究在番茄基因组库中添加近5000个基因(番茄生物学和果实质量中的作用已经确定),将提供更多改造机会。

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