华中农业大学与石河子大学鉴定番茄果实可溶性固形物关键基因STP1及其自然变异

番茄是世界上广泛种植的蔬菜作物，果实是其主要的营养储存器官。番茄果实因其具有丰富的营养价值及良好的风味品质深受消费者的喜爱。育种家们在育种过程中以较好的果实商品性为侧重点，往往在选择过程中忽略了对果实风味品质的要求。番茄果实可溶性固形物含量（SSC）是衡量果实品质的重要指标，因此通过挖掘调控SSC的关键基因进而对番茄果实品质进行改良是一个很好的育种策略。前人基于不同遗传群体和方法虽已鉴定到几个调控SSC的数量性状位点（QTL），但对SSC功能基因的遗传变异尚不清楚。

2023年1月，Horticulture Research 上线了（Advance Access）华中农业大学与石河子大学合作完成的题为A 21-bp InDel in the promoter of STP1 selected during tomato improvement accounts for soluble solid content in fruits 的研究论文。

该研究以具有较大自然变异的481份番茄材料组成的群体为研究对象，测定其红熟果实SSC并进行全基因组关联分析（GWAS），在第2号染色体上发现了一个新的QTL。通过对主效SNP附近的基因进行分析及鉴定，将STP1作为候选基因，该基因编码番茄糖转运蛋白。STP1变异位点位于起始密码子上游1124bp处的21-bp InDel。该21-bp InDel与SSC紧密连锁，且调控STP1表达。具有21-bp插入的材料比21-bp缺失的材料具有更高的SSC。为了探究STP1的功能，以高SSC自然材料TS-23为背景，通过CRISPR/Cas9技术对STP1进行敲除，导致果实SSC显著降低。为了探究启动子上21-bp InDel如何调控STP1的表达，该研究进行了酵母单杂交筛库实验，并将锌指蛋白转录因子ZAT10-LIKE作为候选基因。体内和体外实验表明ZAT10-LIKE能够特异性结合21-bp插入的STP1启动子以增强其表达，但不能结合21-bp缺失的STP1启动子，最终导致现代番茄果实SSC较低。最后，该研究通过对334份自然材料的InDel_21进行分析，明确了STP1在从樱桃番茄到大果栽培番茄的改良过程中受到选择。

该研究鉴定了番茄在进化过程中SSC关键基因STP1的自然变异及调控机制，同时发现了锌指蛋白转录因子（ZFP TFs）调控糖转运蛋白的新功能。研究结果为番茄果实风味品质改良提供了选择靶标。

华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室/湖北洪山实验室番茄课题组张余洋教授与石河子大学特色果蔬栽培生理与种质资源创新利用新疆生产建设兵团重点实验室徐巍副教授为该论文的共同通讯作者。华中农业大学番茄课题组博士研究生王莹为第一作者，华中农业大学叶志彪教授和英国诺丁汉大学Donald Grierson教授为课题研究提供指导。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及湖北洪山实验室等项目的共同资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhad009

转自：“园艺研究”微信公众号

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