在对100个品种的研究中揭示了番茄的隐藏突变

DNA和所有。经过数百年的育种，曾经是南美豌豆大小的南美浆果，如今已具有各种形状和大小，从像樱桃到繁重的传家宝水果。

霍华德·休斯医学研究所研究员扎卡里·利普曼说，如今，科学家们正在研究这些物理变化如何在基因水平上显现出来，这些工作可以指导现代调整番茄的工作。

他和他的同事现在已经在100种番茄的基因组中发现了长期隐蔽的隐藏突变，其中包括来自加拉帕戈斯群岛的橘子野生植物和通常加工成番茄酱和调味酱的品种。

他们对2020年6月17日发表在《细胞》杂志上的分析是对任何植物进行的此类突变(改变DNA的长片段)的最全面评估。利普曼说，这项研究可能会导致番茄新品种的产生和现有番茄品种的改良。研究人员显示，他的团队发现了少数几个突变，这些突变改变了关键特性，例如风味和重量。

冷泉港实验室的植物遗传学家利普曼说，以前的研究早就表明这些突变存在于植物基因组中。他说：“但是直到现在，我们还没有找到它们并研究其影响的有效方法。”

进入基因组的窗口

生物体细胞内携带的四种类型的DNA字母的突变或变化会改变其物理特性。研究植物的科学家通常将注意力集中在一种小的，易处理的突变上，在这种突变中，一个DNA字母被交换为另一个。

Lippman团队研究的突变更大—它们通过复制，删除，插入或将DNA的长片段复制到基因组中的其他位置来修饰DNA的结构。这些突变也称为结构变异，遍布整个生活世界。例如，人类研究已将这些变异与精神分裂症和自闭症等疾病联系起来。

科学家可以使用一种称为基因测序的技术，通过读出DNA字母来识别突变。Lippman说，由于这项技术的局限性，很难对长段DNA进行解码。因此研究人员无法捕获基因组中结构突变的完整图片。

即便如此，植物遗传学家仍怀疑这些突变会极大地影响植物的性状，迈克尔·普鲁加甘(Michael Purugganan)说，他在纽约大学研究水稻和枣椰子，但并未参与这项新研究。他说：“这就是为什么本文如此令人兴奋的原因。”他说，利普曼的研究小组不仅在番茄及其野生近缘种中发现了这些突变，而且还确定了它们在植物中的功能。

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这项新研究与约翰·霍普金斯大学的迈克尔·沙茨(Michael Schatz)等人合作，使用一种称为长读测序的技术，鉴定出番茄中超过200,000个结构突变。利普曼将其比作是通过全景窗口查看基因组大部分的图像。相比之下，更常规的测序只能提供一个窥孔。

他们发现的大多数突变都不会改变编码性状的基因。但是，李普曼说，很明显，许多这些突变改变了控制基因活性的机制。例如，一个这样的基因控制番茄果实的大小。在这种情况下，通过修饰DNA结构-基因的拷贝数-Lippman的团队能够改变水果的产量。缺少该基因的植物从未结出果实，而具有该基因的三个拷贝的植物结出的果实比只有一个拷贝的植物大了约30%。

Lippman的团队还证明了DNA结构如何影响性状的例子，他称之为“非常复杂”。他们表明，将一个重要的收获性状育成现代番茄需要一起进行四个结构突变。

利普曼说，这些见解可以帮助解释其他农作物的性状多样性，并使育种者能够改良品种。他说，例如，也许在微小的樱桃上增加一个大小基因的拷贝，樱桃就是番茄的近亲，可以使它们变大，从而增加它们的吸引力。

他说：“农业上的圣灵之一就是能够说，'如果我突变了这个基因，我就会知道产量是多少'。”“该领域正在朝着这种可预测的繁殖迈出重要的一步。”

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