https://doi.org/10.1186/s43897-024-00108-0
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近日，Molecular Horticulture在线发表了以色列农业研究中心与希伯来大学多个课题组合作的研究性论文，题为Molecular and Biochemical Components Associated with Chilling Tolerance in Tomato: Comparison of Different Developmental Stages。该研究构建了一个野生番茄（Solanum pimpinellifolium L）与栽培种NC EBR1杂交后代的重组自交系，并证实了该群体中存在果实耐冷性相关的显著的遗传变异，通过转录组技术及冷害相关的生理生化指标分子，确定了番茄冷害耐受及冷害敏感相关的核心基因及其在果实和叶片中的调控模式，证实了番茄在不同发育阶段（包括幼苗和采后果实）响应冷胁迫的遗传因素。
背景介绍
低温通过减缓生长发育对冷敏感作物产量产生负面影响，包括导致生长迟缓、花朵数量减少、花朵败育、坐果减少、果实发育受损等等。尽管低温储存可降低果实呼吸速率及成熟与衰老进程，延长果实货架期，减少变质，许多蔬菜和水果作物，包括西红柿、辣椒和鳄梨等，在采后贮存温度低于耐受阈值时，也会发生冷害，如果实表皮及内部褐变、化水、腐烂等等。
冷害发生时，细胞壁及细胞膜完整性被破坏，细胞稳态被改变，进而引起离子泄漏、乙烯增加、呼吸增加、光合作用减少、活性氧积累与脂质过氧化，导致细胞程序性死亡。
研究者先前构建了一个野生番茄（Solanum pimpinellifolium L）与栽培种NC EBR1杂交后代的重组自交系重组自交系，包括144000多个SNP标记，Solanum pimpinellifolium L发现于厄瓜多尔到秘鲁南部，该地区环境条件多种多样，从安第斯山脉的高海拔寒冷地区到太平洋附近的低海拔沿海沙漠和热带雨林，是番茄抗病性、非生物胁迫、果实品质等重要性状珍贵的种质资源。
研究结果
研究者通过转录组比较了重组自交系群体中三个耐寒品系（RIL-47/65/99)与三个冷敏感品系（RIL-71/135/150）果实中响应低温胁迫时的差异表达基因及聚类分析（Fig.1），差异表达基因主要富集于光合作用、昼夜节律、糖代谢、脱落酸、温度响应、蛋白折叠、叶绿素降解等生物学过程。
Fig.1 冷敏感与冷耐受品种响应冷胁迫的差异表达基因概况
随即，研究者证实了耐冷品系与冷敏感品系幼苗在低温胁迫下的冷害表型（黄化/枯死）与耐受程度（存活率）（Fig.2）。并比较了叶片卷曲度、电解质渗漏值、丙二醛积累量、过氧化氢含量、淀粉及糖类含量等一系列生理生化指标的对比（Fig.3）。
Fig.2 重组自交系群体中冷敏感与冷耐受品种的耐寒表型对比
Fig.3 冷敏感与冷耐受品种响应冷胁迫的生理指标对比
研究者在耐冷品系与冷敏感品系幼苗中验证了果实中与冷胁迫耐受差异相关的核心基因，在应用组织中也具有类似的调控模式（Fig.4）。如Solyc05g013310（受体激酶）、Soyc05g012330（RNA结合蛋白）Solyc05g013320（与感受器激酶2同源）参与钙信号的Solyc11g071750、Solyc02g092450、Soyc01g099370和Solyc10g050970（乙烯响应基因）等。证实了番茄在不同发育阶段（包括幼苗和采后果实）响应冷胁迫的遗传因素。
Fig.4 冷敏感与冷耐受栽品种响应冷胁迫的差异表达基因在叶片中的表达模式
希伯来大学Majid R. Foolad、以色列农业研究中心Maria Dolores Camalle教授及Amnon Lers教授为本文共同通讯作者。
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ISSN: 2730-9401(Online)
来源 | Molecular Horticulture编辑部
编辑/排版 | 刘尧倩
审核 | 祖嵩皓
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