Cell：CRISPR讓番茄像葡萄一樣「碩果累累」

能提供兩倍果實的分枝番茄

幾乎所有今天種植的西紅柿，可能是你曾經吃過的每一個都攜帶了一種基因突變。因為番茄已經被培育了數千年。挑選一定結構花序的植株來選育，在馴化作物中是很常見的、用來提高產量的方法。然而番茄花序和野生祖先很相似，育種中怕產量太低而避免過度分枝。遺傳學家們發現，有些重要性狀同時突變卻造成了無價值的結果，阻礙了作物改良的努力。

大果蒂和無柄突變番茄的來源

Cell上5月18日在線報道的文章發現了攜帶突變的不同分枝番茄的變異種和被獨立選擇的兩個轉錄因子相關。

一個在馴化過程中因果實的大小增加而被選擇的突變，讓水果上的葉狀蒂膨大，這有助於在果實頂部形成一個大的花萼。這個性狀早在幾千年前番茄的早期馴化時就被選育了。文章的通訊作者說：「目前還不清楚它的好處，它可能有助於支撐更重的果實。」

另一個突變是上世紀50年代在野生番茄中發現的，它消除了花的脫落區——莖上的薄弱區域，使果實易於脫落。對野生植物來說是有益的，因為它有助於種子的傳播。但是隨著番茄機械化採摘時代的到來，農民們希望果實能留在植株上。因此，育種家把「無柄」性狀納入他們的育種目標，這樣可以減少落果和促進機械收穫。

兩個突變疊加會產生多分枝番茄

如果這兩個有益性質疊加在一起的話會造成龐雜得像掃把一樣的花枝，因異位顯性（epistasis）而抑制掛果的量。育種家們只能篩選其他的遺傳變異來解決這一問題。但現在，紐約冷泉港實驗室的Zachary Lippman團隊找到了主宰這一現象的幕後基因。

野生番茄（左）和複雜花穗的番茄（右）

他們篩選收集了4193個番茄品種，尋找不正常的分枝類型。從這個群體中，他們跟蹤了兩個基因的變異，這些基因共同導致了類似於育種家所看到的極端分枝。

CRISPR修飾創造高產量的分枝番茄

隨著這些基因的發現，他的團隊利用CRISPR–Cas9編輯技術修飾它們的等位基因，還包括另一個影響開花數量的基因，形成各種不同的組合。這產生了一系列的花序結構，從細長的花枝到茂密地像菜花一樣的結構，其中一些造成了產量的提升。

CRISPR讓研究人員在複雜的連續花穗上實現了高產量。Lippman團隊正和植物育種學家一起用基因編輯培育有分枝的並且花果大小適合的番茄。除了番茄，中和負面的異位顯性能夠在許多農作物中提高生產力。

參考資料

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