近日，植物功能基因组学研究中心李正国、Mondher Bouzayen教授团队与法国国家科学中心（CNRS）植物所、西班牙瓦伦西亚理工大学合作，发现两个MADS-box基因互作控制全果肉型番茄果实形成机制，从而为果实生产提供了最佳的育种策略。该项研究成果“Interaction of two MADS-box genes leads to growth phenotype divergence of all-flesh type of tomatoes”已于2021年11月25日在《Nature Communications》（自然通讯）上发表。
MADS-box基因是一类庞大的转录因子，对植物的生殖和生长发育起到非常重要的调控作用。番茄不仅是全球重要的经济作物（年总产值高达一千亿美元），同时也是研究浆果类作物的经典模式植物。植物为了适应其生存环境进化出了各种各样的内部形态结构，而全果肉型番茄的特点是没有胶质，不易发生霉变，因而广受欧美加工企业及消费者的青睐。但对番茄果实胶质形成的调控机制至今仍不清楚。
该研究基于前期相关研究基础，通过DNA测序发现了6个全果肉型番茄品种的MADS-box基因SlMBP3的启动子都出现了405 bp的缺失突变，同时研究团队进一步通过基因回复、CRISPR/cas9敲除以及结合RNA-seq和ChIP-seq等实验证实了SlMBP3是通过调控细胞增殖和膨大从而影响番茄胶质形成的关键因子。研究发现：SlMBP3敲除株系在盛花后10天（10-DAP）就显示出很高的果实硬度并一直持续到成熟，与之相反SlMBP3超表达株系的果实则严重软化，在绿熟之后就进入液化状态。另外，SlMBP3-KO果实还具有货架期长、糖和干物质含量高等特性。通过DNA测序分析进一步发现，SlMBP3的同源基因SlAGL11,也同样存在着基因座完全缺失的自然突变情况。于是，研究团队利用CRISPR/cas9对这两个同源的基因SlMBP3和SlAGL11进行了双敲除，研究结果发现双敲株系表现出：植株矮化，果实变小和种子畸形等，这些性状大大限制了其商业应用潜力。
研究发现两个MADS-box基因SlMBP3和SlAGL11都存着自然突变，番茄育种中如果希望获得全果肉型番茄，必须得考虑SlAGL11基因是否存在，避免双突变带来的不利效应。另外，当前绝大多数的番茄果实的硬度调控研究都集中在果实成熟发育后期，该研究结果揭示了果实的质地和硬度可以在发育早期就可以进行调控，为果实品质改良和生产应用提供了新的途径。
法国国家科学中心（CNRS）植物所博士后黄葆文和胡国建为论文的共同第一作者，重庆大学生命科学学院、前沿交叉学科研究院植物功能基因组学研究中心李正国教授和Mondher Bouzayen教授、法国国家科学中心（CNRS）植物所Benoît van der Rest副教授为论文的共同通讯作者。
全文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-021-27117-7
