科研人员通过多重基因编辑实现番茄颜色快速定制

果蔬颜色是园艺作物的重要外观品质。缤纷的色彩不仅给人以美的视觉享受，还会影响消费者的购买欲。以世界上产量最高的蔬菜作物番茄为例。中国南方的消费者喜欢红色的西红柿，而北方的消费者更喜欢粉红色的西红柿。深入研究果蔬颜色形成的分子调控机制，并在此基础上利用新兴生物技术快速定制果蔬颜色，具有重要的科学意义和应用前景。

中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究员长期致力于番茄功能基因组学研究，在番茄果实颜色调控机制和分子设计育种方面取得了一系列进展。研究团队揭示了无花青素栽培番茄的机理，创造了营养健康的紫色番茄(孙等，2020，分子植物)；)与富含花青素的果肉。番茄橙果决定基因的分离(周等，2022，园艺研究)。提出了利用基因编辑技术定向快速创造粉红果番茄杂种的方法(邓等，2018，遗传与基因组学杂志；杨等，2019，遗传学与基因组学杂志).

近日，该团队发表了题为《crispr/Cas9介导的多重基因编辑对番茄果实进行再着色》的园艺研究成果，提出了以红色番茄材料为底盘材料，利用多重基因编辑技术快速定向创造7种不同果色番茄材料的策略。

番茄的颜色主要由类胡萝卜素、类黄酮和叶绿素决定。随着果实的成熟，类胡萝卜素(主要是番茄红素)在红色果实材料的果肉中积累，而黄酮类化合物(主要是柚皮素查尔酮)在果皮中积累，并伴有叶绿素的快速降解。因此，本研究采用多基因编辑系统敲除控制三种色素合成或代谢的关键基因，包括番茄红素合成限速酶基因PSY1、类黄酮合成关键调控基因MYB12和叶绿素降解限速酶基因SGR1，获得一个纯合的三重突变体(PSYMYB12SGR1)。三突变体的果实在成熟过程中不能合成番茄红素和柚皮素查尔酮，其叶绿素不能正常降解，因此呈绿色。然后将三重突变体与红果底盘材料回交，选择无外源DNA片段的BC1F1单株自交，构建BC1F2分离群体。通过对BC1F2分离群体的分子鉴定，获得了不同基因型和不同果色的番茄材料，包括野生型(红色)、psy1单隆起(橙色)、myb12单隆起(粉红色果实)、sgr1单突变体(褐色)、PSYMYB12双突变体(黄色)、myb12 sgr1双突变体(红色紫色)和psy1 sgr1双突变体。进一步的研究表明，除了与果实颜色相关的性状外，该策略对果实重量、单株产量、可溶性固形物含量和维生素C含量没有影响。

与常规回交育种相比，该策略具有省时省力、一步到位、不造成连锁累赘、不影响其他农艺性状等优点。这种策略可以很容易地复制和推广到其他园艺作物，如蔬菜、水果和花卉，并可作为其他多基因性状遗传改良的参考。

相关研究工作得到了国家重点科技攻关项目的资助。计划，国家和其他项目。

多基因编辑快速定制番茄果实颜色