Nature Genetics:有什么基因,结什么果实

【字体: 时间:2020年09月29日 来源:生物通

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  野生番茄分析阐明了果实性状的遗传基础

  

番茄的驯化和随后的密集育种对果实成熟及其伴随的无数代谢过程产生了重大影响。最终,现代番茄品种表现出一系列典型果实特征,包括质地,大小,香气,色素沉着和风味。同时,通过育种的不断选择也令遗传多样性降低,减少了一些重要的果实品质,例如植物在干旱胁迫下的抵抗力,或对各种病原体的抵抗力。

在一项最新研究中,科学家们利用先进的遗传工具,以及多峰分子和表型分析(multimodal molecular and phenotype profiling)等技术,对番茄果实进行了QTL分析。

研究对象包括耶路撒冷希伯来大学的Dani Zamir教授实验室开发的580个渐渗杂交系。在现代番茄栽培品种M82的背景下,每条品系均携带野生番茄的小片段。

魏茨曼科学研究所的Asaph Aharoni教授团队对整个种群进行了多峰分析,包括在不同发育阶段的RNA测序,基于质谱的代谢组学和病原体敏感性测定。由此产生的海量数据资源通过多层次的QTL分析,最后得出了基因序列变异,基因表达和代谢产物水平的定量变化以及复杂的表型性状的变化之间的关联。

相关研究成果公布在Nature Genetics杂志上。

从数百种确定的关联中,团队选择了一些有趣的候选变化。

Szymanski博士说:“我们着眼于半夏葡萄球菌基因对人类营养相关的次生代谢产物和果实对病原体的抵抗力的影响,这是野生和驯化番茄物种中两个非常不同的生化特征。”

研究小组确定并表征了途径中的酶促步骤,其中绿色番茄果实中存在的基本抗营养和防御生物碱α-番茄碱在果实成熟期间被转化为七叶皂甙和番茄红素甙。 “这种化学变化可能对于减少α-番茄碱提供的苦味和/或应对防御性果实代谢产物的暂时需求很重要。”

此外,研究人员描绘了与促进健康的类黄酮在果实皮肤组织中积累有关的基因座和基因。他们观察到基因表达和代谢的变化(例如防御代谢产物的积累)也影响了复杂的表型,包括病原体抗性。

“在我们的研究中,我们观察到果实对普通真菌病原体灰葡萄孢的抵抗力增加反映在多个水平的细胞复杂性上-基因序列的变化,基因表达,特定代谢产物的积累。这些元素揭示了导致变化的机制。

研究中生成的大型数据集是这一领域的独特资源。 “尽管我们只能深度表征少数候选基因和代谢物,但该数据集可能会挖掘数十个(甚至数百个)候选物,并且可以与相同渗入系的大量已发表的表型学数据整合在一起”。

为了全面了解果实的新陈代谢以及人类选择对果实的正负性状影响,探索从野生到栽培的轨迹是必不可少的。 “我们预计通过这项研究推断出的基因型-表型关联将对当前的分子育种工作将会带来重大贡献。”

(生物通:万纹)

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