让番茄变甜的基因找到了！深圳科学家发现番茄“糖刹车”基因，可使果实糖含量增加30%

如何在不影响番茄产量的前提下，培育美味的番茄品种？11月14日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）黄三文团队与中国农业科学院蔬菜花卉研究所和山东省农业科学院蔬菜研究所联合在国际顶级期刊《自然（Nature）》上发表最新研究成果。

该研究通过全基因组关联分析鉴定到一个抑制果实糖积累的刹车基因CDPK27及其同源基因CDPK26，通过基因编辑两个基因，可使番茄果实糖含量增加高达30%，且不影响单果重和单株产量，该研究成果阐明了果实糖积累的调控机制，为解决番茄育种中兼顾品质和产量的难题提供了新思路。

番茄果实中的糖主要以果糖和葡萄糖的形式积累，在果实成熟过程中，叶片光合作用的产物不断地以蔗糖形式运输至果实，再通过蔗糖合酶、转化酶等分解为果糖和葡萄糖，从而使果实糖分不断积累。但在果实成熟过程中，糖含量并不会持续增加，尤其在果实转色后，糖含量反而会有些许的降低，而抑制果实糖分积累的分子机制尚不清楚。此次的研究发现，CDPK27/26在果实成熟过程中表达量不断提高，可通过磷酸化蔗糖合酶SUS3促进其降解，从而抑制葡萄糖和果糖在果实中的积累。CDPK27/26基因编辑后的植株可显著提高SUS3蛋白的稳定性，并将葡萄糖和果糖含量提高30%以上，且果实大小和单株产量没有显著变化，成功解决了提高果实糖含量但不影响果实大小的育种难题。

值得一提的是，该研究进一步分析发现，高糖型番茄中CDPK27的表达量普遍偏低，且启动子区域有一个12个碱基的插入可被转录抑制因子RAV识别。然而，该12个碱基的插入位点与小果基因型位点高度连锁，在番茄驯化和改良过程中，由于过多选择了大果基因型，从而导致高糖位点的频率从野生番茄中的58.3%下降到现代大果番茄中的2.6%，揭示了现代番茄品种风味降低的直接原因。

CDPK27工作模型

据了解，黄三文团队研究方向从2017年立项之初就瞄准解决在不影响单果重的前提下提高果实糖含量的育种难题。为挖掘和鉴定抑制果实糖积累的刹车基因，研究团队先后在北京、山东、广东等地广泛种植番茄材料，调查了近3000株，共计20000余个番茄果实的表型。并连续收集了5年分别种植在北京、山东、广东三地材料的表型数据，最终确定了CDPK27/26作为糖积累刹车基因的功能，实验结果也得到了审稿人的充分肯定。

中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）研究员、中国科学院院士黄三文是文章的通讯作者，中国农业科学院蔬菜花卉研究所张金喆副研究员、山东省农科院蔬菜所吕宏君助理研究员、基因组所博士后陈洁为文章共同第一作者。美国佛罗里达大学Harry Klee教授、康奈尔大学费章君教授、基因组所（大鹏湾实验室）周永锋研究员对这项研究提出了宝贵的指导。基因组所（大鹏湾实验室）杜然副研究员、王楠博士、曹雪博士、饶江雷博士、博士生王洁、高级农艺师吕亚清、王艳玲博士参与了此研究。云南师范大学祝光涛教授、中国农业大学马亮研究员、林涛教授、中国科学院植物所周姚研究员、中国标准化研究院钟葵副研究员对本研究提供了支持。该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、广东省重点领域研发计划和中国农业科学院科技创新工程等项目的资助。

编辑 李斌 审读 李璐 二审 党毅浩 三审 叶志卫