番茄（tomato）基因的秘密

 

圖片來源：維基百科

番茄（Solanum lycopersicum），有人說是水果，也有人說是蔬菜。它原本生長在南美洲的高地，後來被科爾特斯帶回歐洲，現在已經變成義大利美食中不可缺少的食材了。想想看，16世紀以前的義大利菜沒有番茄會是什麼樣子呢？

歐洲人接手後，培育出了各式各樣的番茄品種。在美國唸書的時候，我看過種子公司的目錄，他們宣稱培育出的「超大番茄」一片就能蓋滿一片吐司呢！

2020年，美國的研究團隊分析了100種番茄的基因，建立了所謂的PanSV基因體。這100種番茄包括了野生品種和很多栽培品系。

研究團隊在這些番茄裡發現了238,490個結構變異（Structural Variations, SVs），也就是和參考基因體相比，其他基因體中大範圍的基因組結構改變。這些變化包括基因或DNA片段的插入、刪除、重複、倒置和易位等。

這些結構變異不同於單一核苷酸（組成核酸-也就是基因-的單體）的變化，它們的規模一般大於50個核苷酸，對基因的表現和功能有很大的影響。在植物基因體中這些變異特別重要，因為它們可能導致基因表現的改變，進而影響植物的性狀和適應能力。

研究團隊提到了一些例子，其中一個是Smoky Volatile Locus，和番茄的「煙熏」香氣特質有關。在番茄成熟期間，一種叫做NSGT1的酶被激活，防止煙熏相關揮發性物質的釋放，這是透過將這些物質轉化為不可分解的三糖苷（三個單糖組成的化合物）來達成的。當NSGT1發生突變時，會導致煙熏揮發性物質麴醇（guaiacol）的釋放。這顯示Smoky Volatile Locus控制著番茄成熟期間特定揮發性物質的生成和釋放，影響其香氣特質。

另一個例子是fw3.2，和番茄果實重量有關。這個特點是由於一個細胞色素P450基因的串聯重複造成的。這種重複導致了果實重量的顯著增加，成為番茄馴化過程中的一個重要特徵。

還有一個例子是「Jointless Breeding」，這是番茄栽培中的一種無節果梗特性，使得果實能夠從植株上完全分離，提高了採收效率。這個特性是由四個位於三個MADS-Box基因中的結構變異產生的。

這些研究為我們理解番茄的結構變異在基因到性狀關係中的作用提供了新見解，證明了這些變異在作物改良中的重要性和實用性。

參考文獻：

Alonge M, Wang X, Benoit M, Soyk S, Pereira L, Zhang L, Suresh H, Ramakrishnan S, Maumus F, Ciren D, Levy Y, Harel TH, Shalev-Schlosser G, Amsellem Z, Razifard H, Caicedo AL, Tieman DM, Klee H, Kirsche M, Aganezov S, Ranallo-Benavidez TR, Lemmon ZH, Kim J, Robitaille G, Kramer M, Goodwin S, McCombie WR, Hutton S, Van Eck J, Gillis J, Eshed Y, Sedlazeck FJ, van der Knaap E, Schatz MC, Lippman ZB. Major Impacts of Widespread Structural Variation on Gene Expression and Crop Improvement in Tomato. Cell. 2020 Jul 9;182(1):145-161.e23. doi: 10.1016/j.cell.2020.05.021. Epub 2020 Jun 17. PMID: 32553272; PMCID: PMC7354227.