來源 | 科研圈（ID：keyanquan）

編譯 | 張元一

分子生物學家 James Giovannoni 帶領 ARS 植物、土壤與營養研究實驗室，與 BTI 的生物信息學家費章軍（Zhangjun Fei）共同完成了栽培番茄及其野生近緣種的泛基因組（pan-genome）構建工作，發現了近 5,000 個以前未被記載的新基因。

費章軍和 James Giovannoni 在 BTI 的溫室中 |  Mike Carroll | BTI

基因組是生物體基因及其功能的生物圖譜。但是基因組通常來自某個特定物種，是同一種屬內其他生物體的參考基因組。世界上第一個番茄基因組序列是 2012 年發佈的一個大型現代品種，揭示了大約 35,000 個基因並促進了作物改良方面的研究。從那時起，研究者們開始對數百種其他類別的番茄進行基因測序。

本次研究中的番茄泛基因組包括來自 725 種不同栽培條件但具有緊密親緣關係的野生番茄的所有基因，其中包含原始參考基因組中缺少的 4,873 個基因。“泛基因組提供了原始參考基因組中缺少的一部分基因。 “ 費章軍說。 “育種者可以探索泛基因組中他們感興趣的基因，並可以在接下來的繁育過程中有意識地保留這些基因，用以改善他們的番茄品種。”

儘管目前栽培番茄具有豐富的生理和代謝多樣性，但在其馴化和繁育過程中存在幾個嚴重的瓶頸。這意味着現今番茄的遺傳基礎較窄。泛基因組有助於確定哪些在參考基因組之外的基因可用於作物育種和改良。

現代育種者主要關注的特徵包括產量、保質期、抗病性和抗逆性等，這些特性對種植者來說具有重要經濟意義。番茄是人們最常喫的蔬菜之一——儘管它們從植物學角度來說是水果——全球年產量爲 1.82 億噸，價值超過 600 億美元。

“在番茄的馴化和改良過程中，人們主要關注的是能增加產量的特性，比如果實大小和保質期，”費章軍說，“因此一些涉及到其他的、屬於水果的重要品質特性和抗逆性基因在這個過程中被遺忘了。” 

事實上，研究人員發現，和植物對不同病原體產生防禦反應有關的基因，是番茄馴化品種中最常見的被遺忘基因。

 “這些新基因可以使育種者培育出對疾病具有遺傳抗性精英番茄品種，畢竟目前它們對抗疾病是靠殺蟲劑或其他方式，高成本且高污染，” James Giovannoni 補充道。

除了補充這些“丟失的”基因，研究人員還試圖在泛基因組中尋找現代品種中罕見的基因和基因突變。

他們發現了一種罕見的基因，稱爲 TomLoxC，它能幫助番茄產生理想的風味。這種罕見的基因存在於 91.2％ 的野生西紅柿中，但在早期馴化品種中只佔 2.2％。

Giovannoni 說：“現代番茄品種中存在 TomLoxC 基因的頻率爲 7％，很明顯，育種者已開始選擇它，可能因爲他們在近幾十年裏更多地關注風味了。”

此外，研究者還發現了TomLoxC 基因的新功能。

“從 TomLoxC 的基因序列來看，它參與了脂肪轉化爲化合物的過程，” Giovannoni 說。 “我們發現它還能從使番茄變紅的“顏料”——類胡蘿蔔素中產生風味化合物。因此它具有超出我們預期的額外功能，對於喜歡喫美味番茄的人來說這是一個有趣的結果。”

最終，番茄泛基因組可以使經濟和消費者都受益，資助了這項研究工作的美國國家科學基金會植物基因組研究計劃項目主任 Clifford Weil 說。

 “你有多少次聽到別人說到商店的番茄比不過原生品種？” Weil 問道。 “這項研究可以解釋爲什麼會出現這樣的情況。更好喫的番茄要回來了。”

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41588-019-0410-2

編譯來源：

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-05/udoa-tpm050719.php

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-05/bti-bsc050819.php