番茄风味改良的遗传位点研究

  摘要 

  现代栽培番茄的风味基本上都不如古老的品种。为了了解和改良现代品种的缺陷，本研究对包含398种现代栽培、古老和野生番茄品种的风味化学物质进行定量。这些品种由消费者群体进行评估，并分析是什么化学物质对风味的贡献最大并且是消费者喜爱的。最终发现现代栽培品种和古老的品种相比，重要的风味化学物质的含量很少。全基因组测序和GWAS被用来分析这些影响风味的重要的化学物质（糖、酸、挥发性物质）的遗传位点。这些结果结合在一起，对我们理解现代栽培番茄的风味缺陷以及如何通过分子育种来改良番茄的风味提供的重要的信息。

  材料方法  

  现代栽培、古老和野生番茄品种：398份。材料种植于温室中，在果实红熟期的三个星期前收获果实（至少6个/品种），挥发性物质检测：HS-SPME（顶空固相萃取）-GC-MS，citric acid and malic acid analysis kits；  

  全基因组重测序：（398+78），其中245份材料基因型已知，231份是本研究新测序；DNA提取：新鲜叶片CTAB法；Illumina HiSeq 2000，PE100/125，文库：大约500bp；每个材料测序数据平均6.5G clean data； 

  比对参考基因组Heinz 1706：SOAP2；SNP识别：SOAPsnp。  

  群体结构分析：DAPC（主成分判别分析），GWAS分析：398个品种（EMMAX模型）。  

  TS-532 x TS-640：235 F2单株，RAD-Seq（EcoRI），0.4G/样品，两亲本间高质量SNP：212,024，删除少于1000个标记的样品个体：197 F2；QTL定位：R/qtl，LOD≥3。

  研究结果

  1、和番茄风味相关的化学物质的鉴定

  其中和人的喜好相关的有33种，和风味明显相关的37种，和两者均相关的物质有28种。

  和古老品种相比28种物质在现代栽培番茄中的相对含量变化，其中星号（13种显着降低的挥发性物质）。

  2、番茄品种的群体结构分析

  398份番茄材料被分为5种类型（现代栽培种、过渡型、观赏型、醋栗番茄和古老品种）

  3、与各种风味相关化学物质的GWAS研究

  （不同物质的GWAS分析，部分）

  19种物质的GWAS（4种非挥发性+15种挥发性），共251关联位点。

  4、与各种风味相关化学物质的QTL定位

  （不同物质的QTL定位分析，部分）

  TS-532 x TS-640 197 F2群体定位结果（4种非挥发性+23种挥发性，果实重量）

  5、糖含量相关位点的多种分析综合结果

  利用自然群体GWAS，F2群体定位，以及三种不同番茄品种的核酸序列多样性分析，结果均表明在番茄的9号和11号染色体上有两个和糖含量显着相关的位点。

  E，不同基因型对应果糖+葡萄糖含量与（R：参考基因组，A：等位基因）；F：果糖+葡萄糖含量与果实重量的相关性（负相关）；G：对照8059和Lin5转基因植株invA（6株）、invR（17株）间果糖+葡萄糖含量。

  6、水杨酸甲酯相关的位点分析

  9号染色体上显着相关的基因E8（Solyc09g089580）

  和番茄参考基因组中相同的基因型水杨酸甲酯和愈创木酚的含量是等位基因类型材料的（4-5倍），而候选基因E8的转基因植株中这两种物质同样高于空白对照材料。

  7、香叶丙基酮及MHO相关位点的研究

  在弗罗里达（上）和以色列（下）收集的样品MHO关联分析的结果。

  在弗罗里达（上）和以色列（下）收集的样品香叶丙基酮关联分析的结果。两种物质在不同地方收集的品种关联分析的结果相同，在3号染色体上显着相关的候选基因（类胡萝卜素和八氢番茄红素生物合成相关）。

  参考基因组基因型（R），等位基因（A）；A.3个MHO相关位点材料基因型分布情况（chr2:40378276,chr3:4024959, chr9:66583920）；B.4个香叶丙基酮相关位点材料基因型分布情况（chr2:40883244,chr4:60434091,chr10:63081709, chr11:7652084）；C/D：不同基因型对应MHO及香叶丙基酮的含量。

  研究亮点

  1、对398份古老、现代栽培和野生番茄品种进行风味代谢物的鉴定，同时结合这些材料的全基因组重测序结果进行了一些风味代谢物相关遗传位点的定位。并结合了一个F2遗传群体对果实中风味相关QTL进行定位。（其中包括不同分析方法共定位的葡萄糖+果糖位点）  

  2、对果实葡萄糖+果糖含量的候选基因Lin5以及水杨酸甲酯候选基因E8转基因材料代谢物的检测结果支持定位分析。

  参考文献  

  A chemical genetic roadmap to improved tomato flavor[J].science.2017.Jan 27;IF=34.616