龐淑艷

內(nèi)蒙古自治區(qū)興安盟突泉縣學(xué)田鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)綜合服務(wù)站

關(guān)于番茄果實(shí)顏色的主要研究進(jìn)展

龐淑艷

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隨著整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們生活水平不斷提高，百姓對(duì)其生活質(zhì)量與品質(zhì)越來越重視，并逐漸在重視身體鍛煉的同時(shí)也開始關(guān)注科學(xué)養(yǎng)生，而番茄作為被世界廣泛種植的蔬菜之一，其品質(zhì)性狀也逐漸被大家所關(guān)注。果實(shí)顏色是番茄的主要品質(zhì)性狀，其優(yōu)質(zhì)的品種深受生產(chǎn)者和消費(fèi)者的廣泛歡迎。而果實(shí)顏色深淺受果皮中的類黃酮類物質(zhì)和果肉中的葉綠素、類胡蘿卜素影響。因此，世界育種專家能否培育果實(shí)顏色深、色素含量高的番茄品種成為他們的重要的研究方向。

番茄紅素是成熟期番茄果肉中的主要色素［1］，是番茄顏色品質(zhì)的重要指標(biāo)之一，它廣泛存在于番茄、西瓜等蔬菜水果中，但其在番茄中的含量為最高，每百克鮮重含量為0.2～20毫克［2］。番茄紅素具有抗腫瘤、抗氧化等多種生理功能，目前番茄紅素功能性食品及藥品的研發(fā)受到世人高度重視。

番茄紅素在番茄中的含量隨品種和成熟度的不同而不同，成熟度越高，番茄紅素的含量越高。番茄紅素是影響加工番茄顏色的重要品質(zhì)指標(biāo)［3］，在番茄育種中具有重要地位，其抗腫瘤、抗氧化作用受到了國(guó)內(nèi)外醫(yī)學(xué)家和育種家的廣泛關(guān)注，因此，提高番茄中的番茄紅素含量成為眾多熱門研究課題之一。

番茄紅素是類胡蘿卜素生物合成途徑中的一個(gè)中間產(chǎn)物，因此通過先了解類胡蘿卜素的生物合成途徑才能研究番茄紅素的合成途徑。起初人們普遍認(rèn)為類胡蘿卜素是一類自乙酰COA開始的次生代謝產(chǎn)物，即最初3個(gè)乙酰COA分子通過失去1個(gè)分子的羧基團(tuán)而縮合成3-甲基-3，5二甲基戊酸（MVA），MVA在酶的作用下磷酸化形成焦磷酸酯并經(jīng)脫羧后形成異戊二烯焦磷酸（IPP）。而通過多年研究已明確，類胡蘿卜素的合成是在質(zhì)體中經(jīng)Rohmer途徑合成的，其前體物質(zhì)IPP（異戊烯焦磷酸）是通過3-磷酸甘油醛/丙酮酸途徑合成，整個(gè)過程如圖1所示。目前，已經(jīng)從細(xì)菌、真菌、藻類和植物等中分離出150多個(gè)類胡蘿卜素合成酶基因［4］。分子遺傳研究表明類胡蘿卜素代謝途徑中這些合成酶的基因都是核基因編碼的，這些基因的轉(zhuǎn)基因研究也取得了一定進(jìn)展。具體如下：

Ray等獲得cDNA克隆pTOM5，其在番茄果實(shí)成熟期間專一性表達(dá)，但其功能未知。Bird等人分別將pTOM5反義導(dǎo)入番茄后獲得轉(zhuǎn)基因植株，發(fā)現(xiàn)番茄花和果實(shí)中類胡蘿卜素含量減少，轉(zhuǎn)基因果實(shí)GGPP向八氫番茄紅素轉(zhuǎn)化受阻并導(dǎo)致GGPP積累，這些研究表明pTOM5是PSY基因［5］。

Rosati等人將番茄自身克隆到的β-番茄紅素環(huán)化酶基因正義導(dǎo)入番茄植株，結(jié)果表明果實(shí)中β-胡蘿卜素含量增加3.8倍，但類胡蘿卜素總量基本不變。Fraser等將細(xì)菌八氫番茄紅素脫氫酶基因（crtI）和花椰菜斑點(diǎn)病毒35S啟動(dòng)子構(gòu)成組成型表達(dá)載體轉(zhuǎn)入番茄，結(jié)果番茄紅素含量沒有增加，類胡蘿卜素的總量減半，但是β-胡蘿卜素含量提高到原來的3倍，占總量的50%，約5毫克/100克，從而使番茄果實(shí)呈現(xiàn)橙色［6］。

FrayA等將番茄PSY基因正義導(dǎo)入番茄黃果突變體，研究發(fā)現(xiàn)果實(shí)成熟時(shí)，番茄紅素重新積累［7］。

綜上所述，類胡蘿卜素基因工程在高等植物中雖然已經(jīng)取得了重大突破，但是離完全了解類胡蘿卜素代謝調(diào)控機(jī)制還相距很遠(yuǎn)。隨著越來越多番茄類胡蘿卜素轉(zhuǎn)基因大量研究及類胡蘿卜素合成途徑中基因的分離，將有助于進(jìn)一步闡明類胡蘿卜素代謝調(diào)控機(jī)制。

成熟番茄果實(shí)顏色取決于果皮顏色和果肉顏色，不同的果肉和果皮顏色的組合使得番茄在成熟時(shí)呈現(xiàn)不同的顏色［8］。此外番茄品種和收獲期的不同，也會(huì)導(dǎo)致番茄果實(shí)顏色的不同。果實(shí)由綠色向紅色的轉(zhuǎn)變是由于果實(shí)中葉綠素消失以及類胡蘿卜素顯現(xiàn)和合成所導(dǎo)致。現(xiàn)已有國(guó)內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)番茄果實(shí)顏色受很多基因控制，其中有9個(gè)基因位點(diǎn)（共有l(wèi)5個(gè)等位基因）對(duì)番茄果實(shí)顏色有很大的影響?，F(xiàn)已表明涉及果肉顏色的基因有r，t，B，Del，dg，hp，ogc，MOB等，這些基因均屬于單基因，通過控制類胡蘿卜素合成過程中的不同環(huán)節(jié)，從而使番茄果實(shí)表現(xiàn)出不同的顏色。

目前人們已在番茄中構(gòu)建了不同的群體，通過利用各種群體進(jìn)行的分子選擇育種在產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆境、抗病蟲害等農(nóng)藝性狀上取得了很大的進(jìn)展。長(zhǎng)期以來，育種中的選擇幾乎都是基于植株的表型性狀進(jìn)行的，當(dāng)植株的性狀遺傳基礎(chǔ)較為簡(jiǎn)單或即使較為復(fù)雜但表現(xiàn)加性基因效應(yīng)遺傳時(shí)，表型選擇是非常有效的。但是番茄的許多性狀為數(shù)量性狀，如熟性、產(chǎn)量、品質(zhì)等，其表型受到許多微效基因的控制，且環(huán)境對(duì)其影響較大，此時(shí)如果再根據(jù)表型提供的對(duì)性狀遺傳潛力的度量，其結(jié)果是不確切的，因而選擇往往是低效的。近些年來由于DNA分子標(biāo)記技術(shù)的不斷發(fā)展，分子標(biāo)記輔助選擇正在逐漸成為番茄育種的有效工具［9］。

番茄果實(shí)顏色一直作為一個(gè)數(shù)量性狀來研究，番茄果實(shí)顏色的深淺是由多基因控制的數(shù)量性狀，并受外界環(huán)境條件影響，其表型變異是連續(xù)的，因此在常規(guī)育種實(shí)踐中很難對(duì)含有目的QTL的單株材料進(jìn)行準(zhǔn)確的選擇，一般只能通過統(tǒng)計(jì)分析方法來確定其遺傳座位。

國(guó)內(nèi)外科技工作者已從野生番茄中鑒定出了54個(gè)與果實(shí)顏色有關(guān)的QTL，并建立了主效QTL近等基因系。Monforte等人通過區(qū)間作圖分析方法在多毛番茄（L.hirsutum）第4染色體末端檢測(cè)到1個(gè)增強(qiáng)表面顏色的QTL和1個(gè)增強(qiáng)果實(shí)內(nèi)部顏色的QTL，而這兩個(gè)QTL與類胡蘿卜素生物合成途徑中任何已知基因不相關(guān)，可能調(diào)控類胡蘿卜素生化合成途徑中的遺傳因子；同時(shí)他們還定位了1個(gè)增加果形指數(shù)的QTL，2個(gè)減少果實(shí)平均質(zhì)量的QTL，2個(gè)增加可溶性固形物的QTL。國(guó)艷梅等（2006）通過運(yùn)用單標(biāo)記分析法對(duì)果實(shí)顏色性狀的QTL定位，檢測(cè)到了12個(gè)控制番茄果實(shí)顏色的QTL和1個(gè)控制番茄紅素含量的QTL［10］。

育種家通過QTL分析方法，使未馴化及野生種質(zhì)中大量有益的QTL得以鑒定和分離，育種家還可以利用與QTL緊密連鎖的分子標(biāo)記對(duì)目的QTL進(jìn)行高效地選擇，實(shí)現(xiàn)了對(duì)表現(xiàn)型的選擇由常規(guī)育種到直接選擇目的基因的巨大轉(zhuǎn)變，這就為數(shù)量性狀的研究提供了有效和具體的方法。

［1］李春生.番茄紅素的研究概況［J］.農(nóng)產(chǎn)品加工，2009，160（1）:71-74.

［2］何春玫，林瑩.番茄紅素研究現(xiàn)狀［J］.安徽農(nóng)學(xué)通報(bào)，2009，15（17）:35-37.

［3］李君明，徐和金，周永健.有關(guān)番茄果實(shí)中可溶性固形物和番茄紅素的研究進(jìn)展［J］.園藝學(xué)報(bào)，2001，28（增）:661-668.

［4］徐昌杰，張上隆.植物類胡蘿卜素的生物合成及其調(diào)控［J］.植物生理學(xué)通訊，2000，36（1）:64-70.

［5］Schmimidt-DannertC.Engineeringnovel carotenoidsinmicroorganisms［J］.CurrentOpinionin Biotechnology，2000，11:255-261.

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［8］余誕年，吳定華，陳竹君，番茄遺傳學(xué)［M］.湖南科學(xué)技術(shù)出版社，1999，21-41.

［9］沈金雄，易斌，傅廷棟等.植物數(shù)量性狀基因定位研究概述［J］.植物學(xué)通報(bào)，2003，20（3）:257-263.

［10］國(guó)艷梅.源于多毛番茄控制果實(shí)顏色等性狀的QTL定位及相關(guān)基因的研究［D］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士學(xué)位論文，2006.