2019-05-14 10:00:02
科学家们为改良西红柿创造了新的基因组资源

传统上,番茄育种者强调改善生产的特性,如大型水果和每株植物更多的水果。结果,一些改善其他重要品质的特性,例如风味和抗病性,都丧失了。

来自Boyce Thompson研究所的研究人员和来自合作机构的同事创建了一个泛基因组,捕获了725种栽培和密切相关的野生番茄的所有遗传信息,建立了一种资源,有望帮助育种者开发更多美味和可持续的品种。

正如5月13日在Nature Genetics上发表的一篇论文中所描述的那样,研究人员发现了4,873个新基因并鉴定了一种罕见的基因,它可以使番茄变得更美味。

“泛基因组基本上提供了参考基因组中不存在的其他基因库,”BTI教员张军飞说。 “育种者可以探索泛基因组中感兴趣的基因,并可能选择它们进行进一步育种以改善其番茄。”第一个番茄基因组序列是2012年出版的大型现代品种,揭示了大约35,000个基因并促进作物改进工作。从那时起,已经对数百种额外的番茄基因型进行了测序。目前的研究是第一次开采所有这些基因组序列 - 以及研究人员产生的另外166个新序列 - 寻找参考基因组中缺失的基因。

“在番茄的驯化和改良过程中,人们主要关注的是增加产量的特性,如果实大小和保质期,”费说,“因此,一些参与其他重要水果品质特性和抗逆性的基因在这期间失去了处理。”

事实上,研究人员发现,参与防御对不同病原体的反应的基因是番茄驯化品种中最常见的基因组。

“这些新基因可以使植物育种者能够开发出对我们目前通过用杀虫剂或其他成本密集和环境不友好的措施处理植物而对疾病具有遗传抗性的西红柿精英品种,”BTI教员James Giovannoni补充道。 USDA科学家。

Giovannoni和Fei是该论文的共同对应作者,也是康奈尔大学综合植物科学学院的兼职教授。

除了恢复这些“丢失的”基因外,研究人员还分析了泛基因组,以发现现代品种中罕见的基因和基因突变。

该分析鉴定了一种罕见的基因,称为TomLoxC,它有助于产生理想的番茄风味。罕见的版本存在于91.2%的野生西红柿中,但只有2.2%的老驯化西红柿。

Giovannoni说:“现代番茄品种中罕见的TomLoxC现在的频率为7%,因此很明显,育种者已开始选择它,可能因为他们在最近几十年里更多地关注风味。”

研究人员还发现了TomLoxC基因的新作用。

“TomLoxC根据其序列出现,参与从脂肪中生产化合物,”Giovannoni说。 “我们发现它还能从类胡萝卜素中产生风味化合物,类胡萝卜素是使番茄变红的颜料。因此它具有超出我们预期的额外功能,对于喜欢吃美味西红柿的人来说,结果很有趣。”

最终,番茄泛基因组可以使经济和消费者受益,据美国国家科学基金会植物基因组研究计划项目主任Clifford Weil所说,该计划支持这项工作。

“你有多少次听到有人说商店的西红柿不太适合传家宝品种?”威尔问道。 “这项研究可以解释为什么会出现这样的情况,并表明更好的西红柿似乎正在回归。”

西红柿是世界上消费量最大的蔬菜之一 - 虽然从技术上来说我们吃的是水果 - 每年生产的产量为1.82亿吨,价值超过600亿美元。西红柿也是美国消费量第二大的蔬菜,每个美国人每年平均消费20.3磅新鲜西红柿和73.3磅加工西红柿。

来自佛罗里达大学,康奈尔大学,美国农业部,宾夕法尼亚州立大学,瓦伦西亚理工大学,佐治亚大学和中国农业科学院的研究人员也参与了这项研究。

该研究得到了美国国家科学基金会,欧洲植物科学协调行动研究区网络,美国农业部ARS和美国以色列农业研究与发展基金的资助。

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