中國科學家NatureGenetics發表基因組研究新成果

　　紅彤彤的現代番茄（西紅柿）比起最初來自南美洲安第斯山脈區域、豌豆大小的野生祖先要大了近一百倍。為了追蹤番茄育種的悠久歷史，以及了解人類施加的選擇如何改變了番茄的基因組，由來自中國農業科學院、華中農業大學等10多家國內外機構的研究人員組成的一個國際研究小組，對360個番茄品種，其中包括野生型和馴化物種進行了測序。研究結果發布在10月12日的《自然遺傳學》（Nature Genetics）雜志上。

　　中國農業科學院的黃三文(Sanwen Huang)研究員、杜永臣(Yongchen Du)研究員、華中農業大學的葉志彪(Zhibiao Ye)教授和東北農業大學的李景富（Jingfu Li）教授是這篇論文的共同通訊作者。

　　佛羅里達大學園藝科學家Harry Klee（未參與該研究）說：“兩年前我們只有一個基因組，而現在我們擁有了300多個！這項研究工作的真正重要之處在于，它為未來的番茄改良奠定了基礎。我們現在可以找到與我們想獲得的性狀相關的一些基因。這對于番茄育種將很快產生巨大的影響。”

　　在這一大規模的研究項目中，研究小組組揭示出了用來制作番茄醬的現代加工番茄的一個重要基因組標簽，使得某些番茄品種呈粉紅色的一種變異，引入到栽培番茄中的額外的遺傳位點，以及番茄基因組的其他一些特征。

　　這項研究是建立在2012年發表在Nature雜志上的第一個番茄基因組基礎之上，當時測序的番茄品種是一種叫做Heinz 1706的近交系栽培種。在這項新研究中，研究人員對333個紅色番茄品種、10個野生型番茄物種、以及來自世界各地的17個現代商業雜交品種進行了測序。

　　2012年測序項目的參與者黃三文研究員說：“由于育種需要變異作為原材料，因此一個基因組序列是不夠的。于是我們決定構建出番茄的一個變異圖譜，這將使得育種者能夠從整體的角度來認識物種的差異。”

　　加州大學戴維斯分校從事植物進化基因組學研究的Jeffrey Ross-Ibarra（未參與本研究）說：“這是一次深入、詳細的分析，為實現更先進的分子育種提供了資源。”

　　育種者一直在努力嘗試的一個領域是，在維持番茄味道的同時改善它的一些商業特性。Klee從事的是番茄香精的化學和遺傳學研究，其曾揭示出了合成番茄香精復合物一些信號通路、以便為消費者創造出更美味的番茄。近期Klee開始與黃三文展開合作，以闡明人類的選擇對于番茄味道的影響。“我想回到100 年前，揭示出可使得現代番茄更加美味的等位基因，給予消費者而非種植者及批發商所想要的。我們想做一次法醫學樣的分析，弄清楚‘番茄的味道到底發生了什么？’”

　　當前的研究表明，番茄大小這一性狀通過了兩步過程進化，從小野生番茄到櫻桃番茄再到大果實番茄。該研究還揭示了口感新鮮的大番茄品種與加工番茄如 Heinz 1706之間的一些遺傳差異。加工番茄更硬，相比于新鮮番茄實果質量更高。研究人員鑒別出了定位在5號染色體上負責這一表型的幾個基因，其代表了加工番茄的一個遺傳標記。

　　遺傳數據顯示，在這兩輪的人工選擇過程中大約14%的基因組經受了選擇。第一個馴化階段中的1%的基因組與第二輪選擇過程中的選擇位點重疊。“選擇基因的這種重疊證實了，在數千年前最初對于馴化極為重要的位點，對于現代番茄育種也將繼續發揮重要的作用，”Ross-Ibarra說。Ross -Ibarra近期證實在玉米中也存在類似的現象。

　　人們通過讓野生型物種與商業化種植的品種雜交對番茄品種進行了一些改良，由此整合了一些抗病基因。當前的分析結果精確地描繪出了，在抗病育種過程中導入的一些抗性基因以及與額外遺傳位點相關的一些分子標記。這些額外的遺傳物質有潛力改變栽培番茄，添加一些不必要的特征。Ross-Iberra說：“所有的育種者都會告訴你，顯而易見來自野生親緣物種的許多位點并非馴化番茄所需。有了這一數據，現在育種者可以利用1100萬的分子標記以高分辨率來選擇出特異的位點。”

　　除了所有這些重要的以及潛在有用的研究發現，Klee說他對于番茄品種間狹小的遺傳多樣性也感到非常的吃驚。由于番茄高度近交，盡管番茄的化學、形狀、大小和顏色之間有著巨大的表型變異，且DNA序列卻少有變異。這告訴了我，我們在超市和農貿市場看到的大多數的變異并非是遺傳變異，而是表觀遺傳變異。”