番茄基因组学研究获重大 番茄果实进化和发育的基因组学基

科学家破译番茄基因密码(转自环球科学)番茄，是世界上仅次于土豆的，最具价值的蔬菜作物，目前科学家们已完全破译了番茄的遗传密码。

番茄原产于南美洲，如今已在全世界范围内广泛种植。

从意大利面酱到咖喱饭，番茄已成为人们必不可少的蔬菜之一。

最近，科学家们破译了番茄的基因密码，并将这一研究刊登在《自然》杂志上，番茄由此成为了当前最引人注目的蔬菜作物。

这一突破性进展让我们认识到，基因技术是如何造福人类，使我们能够品尝到喜爱的食物。

全世界的共同努力来自14个国家、超过300位科学家耗费了八年时间，对番茄这个风靡全球的蔬菜进行了基因组测序研究。

拥有番茄的基因图谱，将有益于我们开展培育番茄的工作，以便产出更健壮、更有营养且简单味美的番茄品种。

乔瓦尼·朱利亚诺（Giovanni Giuliano）是意大利国家能源署的研究员，也是番茄基因组协会的成员之一，他还参与了番茄的培育工作。

他说：“我们不仅已经知道番茄有哪些基因，而且清楚了番茄的基因序列，这将有助于番茄的培育。

”朱利亚诺说，被测序的番茄品种名为海因茨1706(Heinz 1706)，虽然这是第一个DNA 序列被破译的番茄品种，但当时科学家对于品种的选择并没有什么特别的考虑。

“只是在载入DNA信息库之初，工作人员手中恰好有海因茨1706（Heinz 1706）的种子。

所以，基因研究也就从这个品种开始了。

事情就是这么简单。

”但培育这个番茄品种可不是这么简单，当然，培育其他新品种也一样。

番茄酱的故事亨氏食品公司（Heinz）是一家知名的美国食品公司，以生产番茄酱而闻名。

在美国对于像热狗和汉堡这样的食品来说，亨氏番茄酱是必不可少的调味品。

但并不是所有的番茄都能做成亨氏番茄酱。

直到20世纪60年代末，亨氏食品公司使用的番茄品种都有一个严重的缺点——还未采摘的番茄在大雨之后极易开裂。

而番茄一旦裂开，就会变质。

因此，“亨氏食品公司就开始尝试培育一个新品种来克服这一缺点” ，里奇·奥兹科夫斯基（Rich Ozminkowski）说，他是亨氏食品公司的研发经理。

中国瓜菜2024，37（4）：27-35收稿日期：2023-10-10；修回日期：2023-12-20基金项目：烟台市科技计划项目（2022XCZX091）；国家现代农业产业技术体系专项（CARS-23-G11）；重庆市巫山县科技项目（wskjdx-bxm2023004）；国家自然科学基金面上项目（32372737）；西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室开放课题（SKL-KF202224）作者简介：刘佳凤，女，在读硕士研究生，研究方向为番茄抗逆基因的验证。

E-mail ：*******************通信作者：李涛，男，正高级农艺师，研究方向为蔬菜育种及分子生物学。

E-mail ：****************DOI ：10.16861/ki.zggc.202423.0652番茄SlMYB48基因生物信息学及表达分析刘佳凤1，郭晓青2，王桂强3，王虹云4，朱桐1，曹守军4，姚建刚4，张丽莉4，张瑞清4，赵婧1，李涛1，4（1.烟台大学生命与科学学院山东烟台264000 2.烟台市农业技术推广中心山东烟台2654993.招远市张星镇农业综合服务中心山东招远2654034.山东省烟台市农业科学研究院山东烟台264500）摘要：MYB 转录因子是植物转录因子家族中数量最多、用途最广的成员之一，为挖掘更多番茄（Solanum lycopersi-cum ）MYB 转录因子家族成员信息，初步探究其表达模式及功能，以番茄Ailsa Craig 为试材，采用RT-PCR 的方法克隆SlMYB48基因，并对其进行生物信息学及表达、定位分析。

结果表明，番茄SlMYB48基因的开放阅读框（ORF ）长度为708bp ，编码235个氨基酸，在番茄的根中表达量最高，叶中次之。

SlMYB48蛋白含有保守的MYB 结构域，定位于细胞核中，属于不稳定、亲水性蛋白。

对SlMYB48启动子分析，发现其含有大量的逆境响应元件，qRT-PCR 及RNA-seq 数据库分析结果表明，高盐、生物逆境胁迫条件下，SlMYB48基因表达量均随处理时间延长而升高，干旱胁迫条件下表达量下降，推测其可能参与番茄生物及非生物逆境胁迫反应。

2023北京四中高三10月月考生物(试卷满分为 100分，考试时间为 90 分钟)一、单项选择题(本大题共15小题，每小题3分，共45分)1. 下列目的可通过测交实验实现的是A. 判断性状是由细胞质基因控制B. 判断一对相对性状的显隐性C. 显性优良性状品种的纯化过程D. 判断某显性个体是否为纯合子2.若用玉米为实验材料验证孟德尔分离定律，下列因素对得出正确实验结论影响最小的是A. 所选相对性状的显隐性是否易于区分于B. 所选实验材料是否为纯合C. 所选相对性状是否受一对等位基因控制D. 是否严格遵守实验操作流程和统计分析方法3. 下列关于真核细胞中染色体变异的叙述，正确的是A. 染色体组整倍性变化必然导致基因种类的增加B. 染色体结构变异是个別碱基对增添或缺失造成的C. 染色体片段位置颠倒会影响基因在染色体上的排列顺序D. 同源染色体的非姐妹染色单体交叉互换属于染色体结构变异4.控制果蝇红眼和白眼的基因位于X染色体。

白眼雌蝇与红眼雄蝇杂交，子代雌蝇为红眼，雄蝇为白眼，但偶尔出现极少数例外子代。

子代性染色体如下：下列判断错误的是A. 果蝇红眼对白眼为显性B. 亲代白眼雌蝇产生2种类型配子C. 具有Y染色体的果蝇不一定发育成雄性D. 例外子代的出现源于母本减数分裂异常5. 某种水绵(n=12)可进行接合生殖：两条水绵相对的两个细胞连通，原生质体融合形成合子，合子的细胞核减数分裂产生４个核，其中３个核退化，仅１个发育，最终形成一条新的水绵。

下列相关叙述正确的是A. 接合生殖属无性生殖，利于保持亲本性状B. 接合生殖过程会产生基因突变和基因重组C. 减数第一次分裂后期合子中染色体为48条D. 合子形成四个核的过程不需进行 DNA 复制6. 下图为某遗传病的家系图，已知致病基因位于X 染色体。

对该家系分析正确的是A. 此病为隐性遗传病B. Ⅲ-1 和Ⅲ-4 可能携带该致病基因C. II-3 再生儿子必为患者D. II-7 不会向后代传递该致病基因7. 正常普通小麦(2n=42)缺失一条染色体形成单体小麦。

影响番茄果实大小相关基因的研究进展刘洪岩;岳淑婷;张琳;赵文静;包颖【摘要】果实作为被子植物的一种特殊器官,形态变化非常丰富,但其大小变异的分子机制却相对保守.目前,以番茄作为模式体系的研究已经识别出对果实大小具有调控作用的4个基因:fw2.2、fw3.2、FAS 和WUS,这些基因分别隶属CNR、CYP 78A、CLA和WOX 基因家族,并且从细胞分裂次数和子房室数目改变等两个方面来调控果实大小.这些基因及其各自的基因家族在各类植物中广泛存在,起源古老,甚至可以追溯到陆生植物的祖先,并且每个家族成员在功能上均享有高度的特异性,即均可以对植物果实的大小产生影响.%As a special organ,fruit possesses an important function on plant reproduction,plant fruit mor-phology is highly diverse,the molecular mechanism of regulating fruit size is conserved.Currently,in tomato four genes,fw 2.2,fw 3.2,FAS,and WUS that belongs to CNR,CYP P 78A,CLA,and WOX gene family,respec-tively,have been identified and considered to affect fruit size by regulating cell division or changing locule number. The orthologues of the four genes and their gene family members exist pervasively in plants kingdom.These genes have ancient origins that could be traced to the ancestor of land plants and shared highly conserved functional char-acteristics,i.e,they all play essential roles in regulating fruit size.【期刊名称】《曲阜师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(025)002【总页数】5页(P81-85)【关键词】果实大小;基因;细胞分裂;子房室数目【作者】刘洪岩;岳淑婷;张琳;赵文静;包颖【作者单位】曲阜师范大学生命科学学院,273165,山东省曲阜市;曲阜师范大学生命科学学院,273165,山东省曲阜市;曲阜师范大学生命科学学院,273165,山东省曲阜市;曲阜师范大学生命科学学院,273165,山东省曲阜市;曲阜师范大学生命科学学院,273165,山东省曲阜市【正文语种】中文【中图分类】Q941果实作为被子植物的一种特殊器官，不但可以为胚珠和种子提供保护，还可以在繁殖期协助种子的传播，利于物种的繁殖.植物果实大小并不一致，重达数千克，轻至几克的植物果实已经屡见不鲜.如此多样的表型，其背后的遗传机制是否相同？本文基于前人的研究，将聚焦模式植物番茄，对控制果型大小有重要影响的功能基因的研究进展进行总结.1 控制果实大小的重要功能基因以往研究证明，正常条件下，影响果实大小的主要内因在于细胞分裂次数和子房室数目改变等两个方面[1,2].细胞，特别是果皮细胞的分裂次数增多或子房室增加都会产生大果实，反之则会产生小果实.当然，细胞大小和倍性变化也会不同程度上引发果实大小改变[3,4].目前，探究果实大小表型变化背后遗传因素的研究在番茄、甜瓜、南瓜、葡萄[5-9]等众多植物中广泛开展，其中以番茄研究最为深入.基于早期的遗传图谱技术[10-12]以及后来的转录组[7-9,13,14]和基因组等比较[1,15]，目前有4个数量性状位点(Quantitative trait loci,QTLs)被认为和“果实大小”这种表型密切相关，其分别是控制果实重量的fw2.2和fw3.2，以及控制子房数目FAS和WUS，下面就这4个基因的研究情况进行简单汇总.1.1 fw基因——控制果实的重量fw是英文“Fruit Weight”的缩写，以其为前缀的基因包括一系列和果实重量相关的基因位点.最早在番茄的研究中，大约有30个QTLs被认为和果实大小的性状相关[16]，但目前比较公认的主效QTL为fw2.2和fw3.2[2,17].1.1.1 fw2.2fw2.2基因是细胞数目调控子(Cell Number Regulator,CNR)基因家族的一个成员，是由Alpert等人[18]在番茄2号染色体的No.2位置上识别的1个控制果实大小的QTL，也是第一个被识别和克隆的与数量性状相关的基因[19].早期的研究表明，该QTL对于野生和栽培番茄鲜果重量差异贡献率高达30%[16,18,19].为验证其功能,Cong等[20]通过基因表达情况的比较,发现fw2.2在具有小果实的野生番茄中比具有大果实的栽培番茄具有更高和更持久的表达量,因此推测该基因在影响细胞数目变化过程中应该承担负调控子的作用.此后，利用酵母双杂交、体外结合以及基因枪轰击等技术，Cong等再次对fw2.2在果实发育中的作用机制进行了探究，结果发现fw2.2是植物特有的蛋白，它和分布在质体膜上的CKII激酶的β亚基互作，参与控制细胞分裂周期的信号转导途径[21].另外一些学者也研究了该基因在其他植物中的功能，如Guo等在转基因玉米中使该基因异位超表达，结果使玉米整株植物变小，而下调或沉默该基因则使玉米植株和器官均明显增大[22].此外，根据叶表皮细胞的计数比较，Guo等也进一步发现，该基因所引发的植物或器官大小的改变是由于细胞数目的变化而非细胞本身大小的改变.后续的系列研究证明，fw2.2基因的功能在植物中是高度保守的，目前在大豆[23]、酸浆[24]、水稻[25]、鳄梨[26]等多种植物中均发现该基因具有对植物组织或器官尺寸的负调控作用.1.1.2 fw3.2fw3.2基因是番茄中发现的另外一个对大小有重要控制作用的基因[17].这个基因具有和拟南芥的KLUH基因直系的ORF区，因此又被命名为KLUH(SIKLUH)，属于P450 78A(CYP78A)亚基因家族的成员[27].Chakrabarti等[28]的研究证明，fw3.2转录起始点上游512bp处的一个单核苷酸多态(SNP)和果实质量变化密切相关，这个SNP可能造成了一个顺式元件的突变，并进而提升了fw3.2的表达[28].从功能上看，fw3.2在番茄果实增重中的作用主要是促进受精后果实的果皮和隔膜区域的细胞数量增加.同时，该基因的高表达也会使种子膨大和果实成熟期延迟.另外，Chakrabarti等也发现，和fw2.2影响整株植物不同，随着fw3.2基因的表达增强，每株植物的总重量并不会发生改变，但当利用RNA干扰技术抑制fw3.2基因的表达时，植物的侧枝数目和长度却较对照组有增高趋势.为此，Chakrabarti等推测，fw3.2可能通过平衡侧枝和果实重量来控制植物总量不变，因此，fw3.2可能同时对侧枝生长具有多效性.作为调控植物重量的重要基因，fw3.2及其CYP78A基因亚家族的其他成员在植物中均具有高度的功能保守性.目前，研究人员在拟南芥[29]、大豆[30]、小麦和水稻等被子植物[31-33]；甚至葫芦藓[34]等苔藓植物中均发现了它们的踪迹，并且这些直系同源基因在各类植物的生长发育中同样起着重要的调控作用.一些基于全基因组的分析也揭示出此类位点在植物内的保守性，例如Monforte等[1]在甜瓜基因组中识别了6个基因家族的74个与果实表型变异相关的直系同源基因，发现这些基因中凡是与果实重量相关的QTLs无一例外的会和fw2.2以及fw3.2及其基因家族成员在染色体上的定位相互重合.1.2 控制心室数目改变的基因控制心室数目的QTL目前研究较为深入的为FAS和LC，二者均通过调控分生组织的生长、分化并最终在花和果实的发育中扮演重要角色.1.2.1 FAS(FASCIATED)FAS位点最早被认为隶属于YABBY基因家族，该家族基因可以通过影响远轴细胞的分化，以一种极性的形式促进侧生器官发生[4，35].在番茄中，Cong等[4]通过分析11号染色体上的FAS位点的基因分布和结构，推测YABBY基因最可能是引发心室数目发生变化的功能基因，并认为正是该基因在花发育时期的下调表达促进了番茄多心室的发生.通过和野生番茄的比较，Cong等进一步指出，该YABBY基因在栽培番茄中的下调表达可能和其在第一内含子内插入了1个6-8 kb的DNA 片段有关.但是，随后，Huang等对FAS位点基因组结构和所涉及基因进行了更为细致的研究和精细定位，结果发现，除了Cong等提到的片段插入之外，FAS 位点在11号染色体上还包括一个294-kb片段的倒位[36]，该倒位发生在YABBY 基因的第一内含子和SlCLV3基因上游的1-kb区域之间(图1).图1 番茄FAS表型的遗传变异通过比较YABBY基因两侧重组子的频率，Huang等[36]认为FAS表型突变正是这个倒位造成的[36].随后,Xu等[37]证实,造成FAS表型变化的遗传原因并不是YABBY,而是SlCLV3,染色体片段的倒位引起后者启动子上发生了小的调控突变,使得其功能部分丧失,因此对心皮室的数目产生了影响[37].从功能上看,SlCLV3是配体基因CLV家族的重要成员[37],该基因的突变可以使干细胞过度增值,从而引起分生组织增大,导致器官的发育缺陷[36-38].1.2.2 WUS在番茄中，首次被发现可以通过影响子房小室的数目，来改变果实的大小的位点并不是WUS基因本身，而是利用图位克隆技术在番茄中获取的、被称为LC的1个QTL位点[6].研究证明，此位点的突变将会使番茄子房增加2-4个小室，从而使果实变大[39,40].严格的说，最初的LC位点[6]并不是一个功能基因，而是位于2个功能基因间的1个长达1.6kb的非编码序列.对LC两端基因的研究表明，其上游基因WUSCHEL是拟南芥WUS基因的直系同源基因，隶属WOX基因家族，编码一个在植物顶端分生组织中保持干细胞特性的转录因子；而其下游的基因则编码一个具有WD40基序的蛋白，该类蛋白隶属一个大的蛋白家族，其功能包括信号转导和转录调控等[40].但是，二者中仅有WUS基因与花果发育相关.来自拟南芥的实验进一步证实，WUS表达水平与花器官数目增多呈正相关，并且相应的表型变化和LC缺失突变体产生的表型变化吻合[41,42].因此，研究者推测WUS最可能是LC转录因子调控的目标基因.就功能而言，WUS编码一个同源结构域转录因子可以维持部分顶端分生组织和花部干细胞的特性[43].MADS-box转录因子AGAMOUS(AG)和编码C2H2型锌指蛋白的KNUCKLES(KNU)基因均可以抑制WUS的表达.AG既可以直接绑定到WUS上，也可以通过促进KNU的表达，利用KUN来抑制WUS的表达.另外，也有研究证明，WUS基因表达水平的下调是受其下游的2个CArG顺式元件调控的，该元件和AG转录因子结合会导致WUS 的表观沉默[2].Mnous等的研究[43]发现，在具有大小不同果实的番茄间，LC位点存在2个单核苷酸多态(SNP).通过对这段序列的进一步分析，van der Knaap[2]指出，这2个SNP正处于CArG顺式元件所在位置，这种情况暗示着这2个SNP 有可能是引发LC突变的原因，即它们的突变导致CArG元件丧失功能，从而提升WUS的表达水平，并进而在表型上产生更多的子房室.最近,Li等[14]利用RNAi技术,将LC突变体内的WUS基因沉默处理,结果植物产生了较野生型更小的果实.同时,该实验也揭示了当WUS被沉默时,参与调控子房室发育的转录因子TAG 1和SLCLV3的表达也会发生相应改变.这个研究首次从实验的角度证实了WUS是LC 位点调控的目标基因.最近，张等[44]分析了WUS基因在植物中的起源和进化，指出WUS起源古老，在植物中经历两步的功能革新，第一步是从蕨类植物和种子植物的祖先中获取和继承了维持顶端干细胞特性的功能；第二步则在蕨类植物和种子植物分开之后，在种子植物的祖先内产生和延续了能够在细胞间移动的功能，但是无论哪种功能，WUS基因自出现至今，一直处于严格的纯化选择之下，并在各类植物顶端分生组织和花器官发育中扮演重要角色.纵观以上4个基因不难看出，这些基因多为植物特有基因，且起源古老，功能保守，不但它们本身，甚至它们隶属的基因家族的其他成员均和果实大小这一表型相关，深入了解这些基因在不同类群内的序列和表达分化将有助于深入理解植物果实变异的遗传机制.此外，除上述控制果实大小的4个基因外，番茄中还识别出与调控果型相关的重要基因，如SUN和OVATE.这2个基因被认为可以通过调节果实的伸长，使果实形状发生改变[1].其中，SUN编码IQ67结构域家族成员，OVATE2则作为钙调蛋白结合蛋白在植物细胞中发挥着重要作用[45].2 存在的问题及今后研究方向综上所述，在分子水平上对于植物果型变异的分子机制的研究已经取得非常重要的成果，但以往的研究多集中在诸如番茄、拟南芥等模式植物中，对于其他具有多变果型的植物，比如南瓜、葫芦等，却少有涉及.这种现状严重限制了我们对植物果实变异规律的整体把握，也不利于我们对蔬菜品种改良和产量提高的宏观调控.鉴于本综述仅局限在果实大小这一性状，更多的关于果型变化的研究也值得广泛开展. 此外，由于目前所了解的控制果实大小的基因均出自不同的基因家族，每个基因家族的成员之间在果实发育过程中均有可能承担不同的功能，因此非常有必要在扩展研究类群的同时，拓宽研究的内容，将整个基因家族纳入研究体系，全面、深入的了解整个家族成员在不同植物中的进化动态以及功能分工和协作的具体关系，这些工作将有助于我们揭开植物表型变异的神秘面纱，并最终阐明果实大小背后的遗传本质.参考文献：[1] Monforte A J, Diaz A, Cano-Delgado A, et al. 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核农学报2023，37（1）：0008~0016Journal of Nuclear Agricultural Sciences 番茄SlPSY1基因转录调控因子筛选及互作验证李松文孟凡亮刘丽红简越李园园汪俏梅*（浙江大学园艺系/农业农村部园艺植物生长发育与品质控制重点开放实验室，浙江杭州310058）摘要：番茄八氢番茄红素合成酶（SlPSY1）作为类胡萝卜素生物合成途径的关键限速酶，直接影响果实中类胡萝卜素的积累。

为探究SlPSY1基因的转录调控机制，通过克隆SlPSY1基因启动子序列，构建pSlPSY1pro-AbAi诱饵载体，并将诱饵载体转化至酵母细胞中获得诱饵酵母菌株。

利用番茄混合组织酵母杂交cDNA文库进行酵母单杂交筛库试验，筛选得到AP2/ERF家族转录因子SlJERF1和10个未知功能蛋白。

后续克隆SlJERF1基因序列，构建pGADT7-SlJERF1重组载体，通过酵母单杂交点对点对SlJERF1进行分子验证，结果显示在金担子素（AbA）浓度为150ng·mL-1的条件下，对照组酵母不能正常生长，而试验组酵母能正常生长，表明SlJERF1与SlPSY1基因启动子存在互作。

这一结果为进一步拓展类胡萝卜素合成调控网络提供了重要的理论依据。

关键词：番茄；类胡萝卜素；酵母单杂交；SlPSY1；SlJERF1DOI：10.11869/j.issn.1000‑8551.2023.01.0008番茄（Solanum lycopersicum）是茄科番茄属一年生草本植物，起源于南美洲，具有悠久的栽培史，是我国乃至世界范围内种植最广泛的蔬菜之一。

番茄果实风味独特，营养丰富，富含多种生物活性物质，深受消费者的青睐［1］。

番茄因具有较小的基因组、较短的生长发育周期、其转基因技术已经成熟等优点，成为分子研究领域的模式植物。

2012年番茄全基因组序列得到解析，在很大程度上推动了以番茄为模式植物的分子生物学研究［1］。

2021-2023北京高考真题生物汇编遗传与进化一、单选题1．（2023·北京·统考高考真题）抗虫作物对害虫的生存产生压力，会使害虫种群抗性基因频率迅速提高，导致作物的抗虫效果逐渐减弱。

为使转基因抗虫棉保持抗虫效果，农业生产上会采取一系列措施。

以下措施不能实现上述目标（）A．在转基因抗虫棉种子中混入少量常规种子B．大面积种植转基因抗虫棉，并施用杀虫剂C．转基因抗虫棉与小面积的常规棉间隔种植D．转基因抗虫棉大田周围设置常规棉隔离带2．（2023·北京·统考高考真题）武昌鱼（2n=48）与长江白鱼（2n=48）经人工杂交可得到具有生殖能力的子代。

显微观察子代精巢中的细胞，一般不能观察到的是（）A．含有24条染色体的细胞B．染色体两两配对的细胞C．染色体移到两极的细胞D．含有48个四分体的细胞3．（2023·北京·统考高考真题）纯合亲本白眼长翅和红眼残翅果蝇进行杂交，结果如图。

F2中每种表型都有雌、雄个体。

根据杂交结果，下列推测错误的是（）A．控制两对相对性状的基因都位于X染色体上B．F1雌果蝇只有一种基因型C．F2白眼残翅果蝇间交配，子代表型不变D．上述杂交结果符合自由组合定律4．（2022·北京·统考高考真题）人与黑猩猩是从大约700万年前的共同祖先进化而来，两个物种成体的血红蛋白均由α和β两种肽链组成，但α链的相同位置上有一个氨基酸不同，据此不能得出（）A．这种差异是由基因中碱基替换造成的B．两者共同祖先的血红蛋白也有α链C．两者的血红蛋白都能行使正常的生理功能D．导致差别的变异发生在黑猩猩这一物种形成的过程中5．（2022·北京·统考高考真题）蜜蜂的雌蜂（蜂王和工蜂）为二倍体，由受精卵发育而来；雄蜂是单倍体，由未受精卵发育而来。

由此不能得出（）A．雄蜂体细胞中无同源染色体B．雄蜂精子中染色体数目是其体细胞的一半C．蜂王减数分裂时非同源染色体自由组合D．蜜蜂的性别决定方式与果蝇不同6．（2022·北京·统考高考真题）控制果蝇红眼和白眼的基因位于X染色体。