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我校番茄团队获改良果实风味新发现

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南湖网讯(通讯员张羽杨)近日,《《Plant Cell》杂志》在线发表了教育部园艺植物生物学重点实验室番茄小组的一篇《An InDel in the Promoter of Al-activated malate transporter 9 Selected During Tomato Domestication Determines Fruit Malate Contents and Aluminum Tolerance》研究论文。康奈尔大学的叶志彪教授、张羽杨教授和詹姆斯乔万尼教授是本文的通讯作者,博士后叶杰是本文的第一作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目的支持。

近年来,由于育种目标和栽培方法的改变,园艺水果品质,尤其是水果风味,呈现下降趋势。随着社会经济发展水平的提高,消费者对水果风味的要求日益提高。因此,分析水果风味的形成和演变机理,改善水果风味具有重要的科学意义和实用价值。苹果酸是植物界广泛存在的有机酸之一。它的含量和比例决定了大多数水果的风味品质。

水果中的大部分糖和酸在液泡中积累,因此苹果酸在液泡中的储存对水果风味的形成更为重要。苹果酸向液泡的转运是由液泡膜上的转运蛋白实现的。铝激活苹果酸转运蛋白(ALMT)是一种植物特有的膜蛋白。对模式作物拟南芥和禾本科的研究表明,ALMT基因在植物根系耐铝性中起作用。然而,ALMT在苹果酸积累中的作用缺乏直接证据,现代育种过程中果实风味下降的选择性进化机制仍不清楚。

本研究通过mGWAS、连锁作图和基因功能分析确定了调节番茄苹果酸积累的主要作用位点TFM6(番茄果实苹果酸6)。它编码铝激活苹果酸转运蛋白(SlALMT9),基因位于细胞膜上。S1ALMT9启动子中的一个3 BP的indel与果实苹果酸含量完全连锁。进一步分析表明SlALMT9 indel_3位于SlALMT9启动子的一个W盒元件中,该元件可直接与SlWRKY42结合。SlWRKY42通过与SlALMT9启动子上的W盒结合来负调节SlALMT9的表达,从而抑制苹果酸在番茄果实中的积累。在转基因植物和对照中,铝离子可以诱导SlALMT9基因的表达,促进苹果酸转运,进一步减轻重金属(铝离子)对植物的毒性。从分子水平对环境影响质量机制的进化分析表明,SlALMT9 indel_3是在从醋栗番茄到樱桃番茄(皮姆→CER)、樱桃番茄到现代大果番茄(克雷→比格)的驯化过程中人工选择的。

本研究表明SlALMT9可能是番茄驯化和改良过程中的一个关键位点,为改善果实风味和抗性品质提供了遗传基础。

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点评:叶志彪