“雜種優(yōu)勢”（heterosis，指基因型雜合的個體往往更具優(yōu)勢）這個概念自一個多世紀前被發(fā)現(xiàn)起，就一直在農(nóng)業(yè)育種中有相當大的應(yīng)用。但是其中具體的分子機制，尤其是涉及單個或多個基因的機制還尚不明確。近日，來自冷泉港扎克里·利普曼（Zachary Lippman）實驗室的科學(xué)家們在番茄等開花植物中發(fā)現(xiàn)了部分玄機。該研究成果今天發(fā)表在《美國科學(xué)院院報》（PNAS）上。
植物在生長周期里通常把獲得的營養(yǎng)和能量用在兩個方面:一是營養(yǎng)生長(“長個”)，一是生殖生長(“生娃”)。除開一系列人為修枝等方式外，它們自身有一系列的基因控制自己合理地在不同環(huán)境下向二者分配能量，其中包括促進營養(yǎng)生長的sp基因(self-pruning)和能夠生成“成花素”(florigen)的sft基因(single flower truss)?；ǖ陌l(fā)育可謂是最能夠區(qū)分“長個”和“生娃”的事件了。雖然sp和sft之間互動的具體分子機制還不明確，但它們之間的相互作用確實能夠改變植物的出芽規(guī)律，進而影響營養(yǎng)和能量分配。
研究團隊發(fā)現(xiàn)，sp突變失效的番茄，每個共軸單元中的葉片數(shù)會減少，而花的數(shù)量會增多。而在此基礎(chǔ)上，如果一對sft基因中有一個也因為突變而失效，則主芽和側(cè)芽上花的發(fā)育會延遲，從而不僅讓番茄成熟的時間更加統(tǒng)一，也使植株有更多的時間長出葉片積累營養(yǎng)。這會不會是因為，少了一份基因后，成花素的表達水平變得更適宜增產(chǎn)了呢？研究人員隨即用微小RNA模擬了sp突變株中sft基因的不同表達水平，發(fā)現(xiàn)確實在與雜合表達水平類似的時候，番茄第一次開花前長出的葉片更多，同時不太影響花的數(shù)目。
種番茄可不像我們想的那樣簡單。水稻、小麥玉米這樣的糧食作物，經(jīng)過長時間的篩選，統(tǒng)一了成熟時間，而番茄則不然。對于供市場出售的番茄，農(nóng)戶們需要定期修剪頂芽，并適當疏花疏果來保障果實的質(zhì)量，同時還得在整個種植期間一直留意果實成熟情況，適時采摘。由于歷來對番茄的篩選都只注重果實質(zhì)量，它的花期和生長的不確定性幾乎和它的野生祖先一樣。
可是對于用來制作加工食品的番茄，需求量大和對口感、香氣要求較低等特點，使得大規(guī)模種植不可能像上述那樣費勁：番茄種植者往往一季一收，更希望能在短期內(nèi)收到更多的、成熟程度差不多的果子——這種情況下，讓番茄在花期多多開花結(jié)果可謂是增產(chǎn)又省事。這項發(fā)現(xiàn)為提高番茄產(chǎn)量提供了一條新思路——既然雜交讓它們變好的原因是恰好讓“開花時鐘”擰到位了，如果我們定向地改造相關(guān)的基因，優(yōu)化相關(guān)基因的表達水平，也許就能更加多快好省地生產(chǎn)番茄了。文章指出，對成花素的操縱技術(shù)可能對農(nóng)作物產(chǎn)業(yè)造成深遠影響。
參考資料：
- Jiang K, Liberatore KL, Park SJ, Alvarez JP, Lippman ZB (2013) Tomato Yield Heterosis Is Triggered by a Dosage Sensitivity of the Florigen Pathway That Fine-Tunes Shoot Architecture. PLoS Genet 9(12): e1004043. doi:10.1371/journal.pgen.1004043
- Peralta IE, Spooner DM (2005)Morphological characterization and relationships of wild tomatoes (Solanum L. Section Lycopersicon). Monogr Syst Bot Missouri Bot Gard:227-257.
