番茄果實(shí)的形狀和大小是極為重要的性狀。在野生番茄人工馴化的過程中,目前已知控制果實(shí)形態(tài)的主效基因包括:SUN、OVATE、LC、FAS、FW2.2、FW3.2和FW11.3等。然而人們對(duì)栽培品種果實(shí)形狀和大小變異的遺傳學(xué)基礎(chǔ)知之甚少。之前的一項(xiàng)研究對(duì)市場上不同果實(shí)形態(tài)的大果番茄自交系的6個(gè)性狀位點(diǎn)(sun、lc、ovate、fas、fw2.2、fw3.2)進(jìn)行了評(píng)估,并沒有發(fā)現(xiàn)任何變異,說明這些栽培番茄的果實(shí)形狀和大小是被其他位點(diǎn)控制的。在大果種質(zhì)中,果實(shí)大小受果實(shí)形狀(flat和globe)影響。flat果實(shí)相對(duì)較小,但市場性狀更好;globe果實(shí)雖然更大,但容易發(fā)生角質(zhì)層紊亂。二者常用于培育雜交品種,雜交果實(shí)大小居中,但保留了flat親本的果形和市場性狀。
2021年6月1日,Horticulture Research在線發(fā)表了題為“Identification and characterization ofGLOBE,a major gene controlling fruit shape and impacting fruit size and marketability in tomato”的研究論文。該研究在番茄12號(hào)染色體上臂中發(fā)現(xiàn)了1個(gè)與flat/globe果實(shí)形狀相關(guān)的位點(diǎn),并將其命名為globe。該位點(diǎn)位于marker M2.1和marker 16EP133之間的392 kb區(qū)域內(nèi),進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)Solyc12g006860是GLOBE基因的唯一候選基因,該基因編碼1個(gè)油菜素內(nèi)脂羥化酶。在globe果形番茄中,Solyc12g006860基因最后一個(gè)外顯子發(fā)生了單堿基插入,導(dǎo)致移碼突變。利用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除flat果形番茄的Solyc12g006860基因,突變體番茄果實(shí)變成了globe果形,進(jìn)一步證實(shí)了Solyc12g006860是GLOBE基因。隨后,對(duì)595份野生和馴化番茄的GLOBE等位基因進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)GLOBE突變發(fā)生在馴化過程的晚期。最后,該研究對(duì)來自3份不同遺傳背景以及globe位點(diǎn)不同基因型的番茄(Flat/Flat,F(xiàn)lat/Globe,Globe/Globe)進(jìn)行全面分析,發(fā)現(xiàn)globe位點(diǎn)影響果形、果實(shí)大小和市場性狀等。除果實(shí)大小以外,GLOBE對(duì)其他性狀的影響都是隱性的。
該研究在現(xiàn)代栽培番茄中鑒定到1個(gè)控制果實(shí)大小和形狀的globe位點(diǎn),解析了flat親本和globe親本雜交獲得優(yōu)勢雜交品種的遺傳學(xué)基礎(chǔ)。利用globe親本進(jìn)行雜交育種,將提高果實(shí)大小,也為番茄的分子育種和遺傳改良指出了新的方向。