中国农业大学团队在番茄耐旱和单株产量调控基因挖掘研究取得新进展

植物面临环境条件波动时，可以在生长和发育之间调整其状态，以确保资源在生存和繁殖之间的最佳分配。现代育种计划的一个主要重点是减轻胁迫对作物生长发育的影响，同时提高产量，为不断增长的全球人口提供可持续的食物供应。由于基因多效性，不同农艺性状之间往往存在权衡效应，导致产量与抗性之间呈负相关。克服这一限制的遗传资源是稀缺的，但利用CRISPR基因编辑技术改良性状具有巨大的潜力。

近日，由中国农业大学园艺学院郭仰东教授、张娜副教授为共同通讯作者，在 Plant Cell & Environment 发表了题为《 CRISPR/Cas9 edited SlGT30 improved both drought resistance and fruit yield through endoreduplication 》的研究论文， 该研究发现了一个受干旱诱导的三螺旋转录因子SlGT30，揭示了其可通过核内复制调节气孔密度和果实膨大，敲除该基因既提高了番茄抗旱性还增加了果实产量，这为基因编辑育种策略提供了潜在的靶基因。

该研究发现三螺旋转录因子SlGT30在叶片和果实中高表达，其表达量受到干旱胁迫的诱导。利用CRISPR/Cas9技术编辑了 SlGT30 基因，发现基因敲除株系的叶片气孔密度降低，叶片水分散失率下降，并且果实的单果重提高。进一步研究发现， SlGT30 基因敲除株系的叶片和果实的细胞倍性受到了影响。SlGT30抑制了核内复制相关基因 SlCCS52A 、 SlE2FA 和 SlWEE1 的表达，表明SlGT30通过对核内复制基因的表达进行调控，进而影响番茄的细胞倍性。

图1. 敲除 SlGT30 提高番茄抗旱性和果实产量

综上所述，该研究用CRISPR/Cas9基因编辑技术敲除 SlGT30 基因，发现叶片气孔密度降低且果实的中果皮变厚，导致耐旱性和果实产量提高。进一步发现叶片和果实中的细胞倍性受到影响，SlGT30通过核内复制途径影响细胞大小。因此，该研究揭示了SlGT30通过核内复制调控番茄耐旱性和果实产量，加深了对番茄干旱胁迫响应机理及抗逆-生长平衡的理解，为番茄耐旱节水高产新品种的培育提供了重要的基因资源。

图2 SlGT30调控番茄抗旱性和果实产量的模式图

郭仰东 教授和 张娜 副教授为论文共同通讯作者。博士研究生 吕红梅 为论文第一作者。该研究得到国家自然科学基金和现代农业产业技术体系北京市创新团队项目资助。

原文链接:

https://doi.org/10.1111/pce.14927