番茄果實的形狀和大小是極為重要的性狀。在野生番茄人工馴化的過程中,目前已知控制果實形態(tài)的主效基因包括:SUN、OVATE、LC、FAS、FW2.2、FW3.2和FW11.3等。然而人們對栽培品種果實形狀和大小變異的遺傳學(xué)基礎(chǔ)知之甚少。之前的一項研究對市場上不同果實形態(tài)的大果番茄自交系的6個性狀位點(sun、lc、ovate、fas、fw2.2、fw3.2)進行了評估,并沒有發(fā)現(xiàn)任何變異,說明這些栽培番茄的果實形狀和大小是被其他位點控制的。在大果種質(zhì)中,果實大小受果實形狀(flat和globe)影響。flat果實相對較小,但市場性狀更好;globe果實雖然更大,但容易發(fā)生角質(zhì)層紊亂。二者常用于培育雜交品種,雜交果實大小居中,但保留了flat親本的果形和市場性狀。
2021年6月1日,Horticulture Research在線發(fā)表了題為“Identification and characterization ofGLOBE,a major gene controlling fruit shape and impacting fruit size and marketability in tomato”的研究論文。該研究在番茄12號染色體上臂中發(fā)現(xiàn)了1個與flat/globe果實形狀相關(guān)的位點,并將其命名為globe。該位點位于marker M2.1和marker 16EP133之間的392 kb區(qū)域內(nèi),進一步分析發(fā)現(xiàn)Solyc12g006860是GLOBE基因的唯一候選基因,該基因編碼1個油菜素內(nèi)脂羥化酶。在globe果形番茄中,Solyc12g006860基因最后一個外顯子發(fā)生了單堿基插入,導(dǎo)致移碼突變。利用CRISPR/Cas9技術(shù)敲除flat果形番茄的Solyc12g006860基因,突變體番茄果實變成了globe果形,進一步證實了Solyc12g006860是GLOBE基因。隨后,對595份野生和馴化番茄的GLOBE等位基因進行分析,發(fā)現(xiàn)GLOBE突變發(fā)生在馴化過程的晚期。最后,該研究對來自3份不同遺傳背景以及globe位點不同基因型的番茄(Flat/Flat,F(xiàn)lat/Globe,Globe/Globe)進行全面分析,發(fā)現(xiàn)globe位點影響果形、果實大小和市場性狀等。除果實大小以外,GLOBE對其他性狀的影響都是隱性的。
該研究在現(xiàn)代栽培番茄中鑒定到1個控制果實大小和形狀的globe位點,解析了flat親本和globe親本雜交獲得優(yōu)勢雜交品種的遺傳學(xué)基礎(chǔ)。利用globe親本進行雜交育種,將提高果實大小,也為番茄的分子育種和遺傳改良指出了新的方向。