番茄是世界上产值最高的蔬菜作物，因其风味独特而深受消费者喜爱。现代番茄育种关注产量和抗病性，风味育种缺乏有效的方法，引起消费者抱怨“番茄越来越没有番茄味了”。糖含量是影响番茄口感的重要因素，大多数消费者更喜欢偏甜的番茄。然而，因为糖含量与果实大小呈负相关，产量和品质是一个矛盾，现有番茄商业品种尤其是大果番茄中糖含量普遍偏低。因此，如何在保障不影响番茄产量的前提下，培育美味的番茄品种是各国育种家努力追求的目标。
中国农业科学院蔬菜花卉研究所、深圳农业基因组研究所及国内科研单位合作，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，通过基因编辑两个基因，可使番茄果实糖含量增加高达30%，且不影响单果重和单株产量，该发现阐明了果实糖积累的调控机制，为解决番茄育种中兼顾品质和产量的难题提供了新思路。相关研究成果于11月14日发表在国际期刊《自然》（Nature）上。中国农业科学院农业基因研究组所黄三文院士为文章的通讯作者，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、基因组所博士后陈洁为文章共同第一作者。
番茄果实中的糖主要以果糖和葡萄糖的形式积累，在果实成熟过程中，叶片光合作用的产物不断地以蔗糖形式运输至果实，再通过蔗糖合酶、转化酶等分解为果糖和葡萄糖，从而使果实糖分不断积累。然而，在果实成熟过程中，糖含量并不会持续增加，尤其在果实转色后，糖含量反而会有些许的降低，但是，抑制果实糖分积累的分子机制尚不清楚。该研究发现，CDPK27/26在果实成熟过程中表达量不断提高，可通过磷酸化蔗糖合酶SUS3促进其降解，从而抑制葡萄糖和果糖在果实中的积累。CDPK27/26基因编辑后的植株可显著提高SUS3蛋白的稳定性，并将葡萄糖和果糖含量提高30%以上，且果实大小和单株产量没有显著变化，成功解决了提高果实糖含量但不影响果实大小的育种难题。
据介绍，该项目从2017年立项之初就瞄准解决在不影响单果重的前提下提高果实糖含量的育种难题。为挖掘和鉴定抑制果实糖积累的刹车基因，研究团队先后在北京、山东、广东等地广泛种植番茄材料，调查了近3000株，共计20000余个番茄果实的表型。为了拿到准确的田间数据，团队成员连续收集了5年分别种植在北京、山东、广东三地材料的表型数据，最终确定了CDPK27/26作为糖积累“刹车基因”的功能。
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文章内容：中国农网。
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