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2024年11月14日，Nature杂志在线发表了来自中国农业科学院农业基因组研究所、蔬菜花卉研究所以及山东省农业科学院蔬菜研究所等合作题为“Releasing a sugar brake generates sweeter tomato without yield penalty”的研究论文。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。通过编辑这两个基因，可使番茄果实糖含量增加30%，且不影响单果重和单株产量。作物改良对于生产营养植物和养活不断增长的全球人口至关重要。但是，由于遗传连锁（控制不同理想特征的基因染色体上的紧密物理接近）而出现的代谢和遗传权衡往往会阻碍改进策略。遗传连锁使得很难在不影响另一个基因的情况下改变一个基因。番茄植株的果实甜度和大小的关键特征也是如此。西红柿在其数千年的驯化过程中经历了广泛的改造。育种家在选择特定品种（栽培品种）时优先考虑果实大小，这与番茄野生亲缘种相去甚远，野生番茄是结出樱桃大小的微小果实。在较小程度上，味道也是选择品种时的一个重点。长期以来，研究人员一直对通过光合作用产生的碳被纳入植物的哪个位置感兴趣，特别是哪些组织可以充当碳积累的场所（碳汇）。水果就是这样一种组织类型，它往往会积累糖和其他高能含碳化合物。该研究利用驯化番茄品种和野生亲缘种之间的遗传变异来确定影响水果甜味的基因组区域。作者确定了甜番茄栽培品种和野生物种共享的与糖含量相关的基因组区域。该区域包含 6 个基因，其中只有一个基因在较甜的物种中表达降低，这表明它可能对糖含量产生负面影响（图 1）。该基因编码一种称为蛋白激酶的酶，它通过向蛋白质中添加磷酸基团来修饰各种蛋白质。它自身的表达在成熟的果实中增加，表明它主要在番茄果实发育过程中起作用。同时使用基因组编辑方法 CRISPR 突变该基因以产生非功能性版本，使水果比非工程西红柿更甜，从而加强了该基因在抑制糖分积累中的作用。另一种密切相关激酶的类似突变产生了相同类型的结果，与单个突变体相比，两个基因都突变的西红柿的糖含量增加得更大，这表明两个基因都能够在一定程度上降低水果的糖含量（它们起半冗余的作用）。两种激酶都与蔗糖合酶相互作用，它使蔗糖磷酸化并靶向它在细胞中降解。因此，在发育中含有这些激酶突变体的果实中，蔗糖合酶蛋白水平和糖含量都会增加。综上所述，该研究证明了农作物物种品种及其野生亲缘种基因组中隐藏的价值。通过挖掘非驯化亲缘种的基因组，揭示了这些基因组如何充当作物基因组中不再存在但会影响关键农业相关特征的变异的存储库。这种类型的工作强调了保护自然种群的重要性——这些种群中包含的遗传多样性对于植物在快速变化的环境中的适应性至关重要，并提供了未被充分开发的遗传物质库，自然和人工选择都可以基于这些库发挥作用。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、中国农业科学院农业基因研究组所博士后陈洁为论文共同第一作者，中国农业科学院农业基因研究组所黄三文院士为论文通讯作者。为了不让您最关心的内容被湮没
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