【南蔬速递】基因编辑技术可使番茄提前数周开花结果

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编译：龚晶  北京市农林科学院农业信息与经济研究所

一个来自冷泉港实验室（CSHL）的研究团队设计出了健康、快速、强有力的遗传学方法，用来调整两个较受欢迎的番茄品种的基因，使其比常规商业化品种早2个星期开花结果。这就意味着可以在种植季种植更多的番茄作物，且能实现更高的产量，同时，也意味着番茄作物可在更偏北的维度种植，当然，这里面也有气候变暖方面的原因。

主导此项研究的冷泉港实验室副教授Zachary Lippman指出，该团队的工作生动展示了CRISPR基因编辑技术的威力，快速改善了作物繁育过程中的产量特性，而且，基因编辑技术的应用范围还可以进一步拓宽，甚至涵盖世界人口赖以生存的玉米、大豆和小麦等主要粮食作物。团队的研究成果已经发表在了《自然遗传学》杂志，所采用的技术不仅仅是为了增加产量。Lippman教授强调，此研究的最终目的是建立一个遗传学工具包，使同一代的种植者和繁育者调整开花的时间以及产量，并推动最优品种在之前并不适合的地区种植。

此项技术方法的核心是Lippman教授及其由JoséJiménez-Gómez博士领衔的作物科学家同事们对遗传规律的深刻洞察与理解。他们认识到，很多作物及其野生亲种开花过程的进化都与白天的光照时间有关。然而，遗传学研究揭示了为什么今天培育的西红柿品种与其南美亲种相比，对光照变量并不十分敏感。从某种程度上说，已驯化的植物几乎在种植之后的同一个时点开花，不管它们每天的光照时间是12小时还是16小时。

根据研究，有一个众所周知的激素系统控制着开花时间，进而决定果实的成熟时间：“成花素（florigen）”和一种起反作用的名为激素SP的“抗成花素（anti-florigen）”，以一种阴阳交互的方式共同发挥作用，即要么加速开花，要么延迟开花。在此项研究的第一部分，科研人员调查了加拉帕戈斯群岛上的一种野生番茄品种。该岛位于赤道附近，全年昼夜接近12小时平分。他们想通过研究，弄清为什么这一品种在夏季漫长的北纬地区种植时，会非常晚地开花，并且产生少量果实。

他们了解到，这种野生近赤道的番茄品种对光照长短极度敏感。白天越长，开花所需的时间也越长，反之，光照时间越短，开花速度就越快。这就意味着，在野生番茄作物驯化之前或者驯化过程中，有可能发生了基因突变。Lippman教授推测，这些变异可能在西班牙征服者Cortez于16世纪早期把番茄从墨西哥带到欧洲之前就已经发生了。在此之后，才迎来这种作物在中北纬度的大范围推广。

Lippman教授及其同事把家养番茄对日长敏感性的丢失归结到了名为SP5G的基因的突变上来。该基因是已知的能控制开花时间的“成花素”和“抗成花素”基因的同族。他们把从加拉帕戈斯群岛带回的番茄品种种植在纽约的温室和大田里，结果显示出“抗成花素”的影响特征，使得植株开花偏晚。相比之下，在家养番茄作物上，“抗成花素”的影响偏弱。

基于上述研究结果，该团队形成了其主要创新——培育出比家养品种开花更早的樱桃和罗马番茄品种。针对存在的“抗成花素”SP5G基因的残留表征，研究团队采用了CRISPR基因编辑工具，促成了SP5G基因的微小变异，目的是完全激发基因，使其不再生成“抗成花素”蛋白质。

当SP5G基因调整引入备受欢迎的樱桃和罗马番茄品种时，植株开花速度加快，果实成熟更早。进一步对促使番茄在浓密灌木丛式种植模式下生长的另一“抗成花素”基因调整，使得早开花的品种可更大密度种植，且果实成熟更早。Lippman教授指出，现在的策略更加简化，那就是在优良自交系和杂交品种中彻底剔除日光敏感性。此举可使种植者扩展他们种植的地理范围，所需要的就是采用CRISPR技术对番茄和其他作物品种的基因根据种植环境条件的不同而

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