李传友教授团队破解这一国际难题 

李传友教授团队破解这一国际难题 



全球产量最高的蔬菜作物番茄，根据用途分为鲜食番茄（用于鲜食和做菜）和加工番茄（用于制作番茄酱）。上世纪60年代，番茄果形突变位点fs8.1的发现和应用，使番茄果实形状开始了由圆形到椭圆形（方形）的转变，从而极大增强了番茄果实的耐压能力，实现了加工番茄从传统的人工采收到机械化生产的重大变革，拯救了当时美国的加工番茄产业，被认为是划时代的科研发现。但是，fs8.1如何调控番茄果形建成，这个突变位点能否应用于鲜食番茄的育种，提高其耐压性，也能实现机械采摘？由于fs8.1位于异染色质区，相关深入研究非常稀少，基因也一直没有被克隆出来。
北京时间2023年9月18日23:00，国际植物学领域顶尖期刊Nature Plants在线发表山东农业大学李传友教授团队研究论文。他们成功克隆了FS8.1基因，阐明了FS8.1调控果形建成的细胞学基础和转录调控网络，而且，他们培育的适合机采的鲜食番茄也已经上市。
李传友介绍，团队研究人员利用图位克隆方法分离得到FS8.1基因，从细胞学层面证实其主要功能是抑制子房壁细胞的增殖。它的突变使子房壁细胞过度增殖，而对中柱细胞的增殖影响较小，进而造成了椭圆形（方形）果实的产生。
进一步研究发现，FS8.1通过激活细胞周期抑制基因SlKRP2的表达来调控果形变化。在野生型中，FS8.1在子房壁中高表达，在中柱中的表达相对较低，作为转录输出的SlKRP2也类似，从而让番茄结出圆形果实。而在fs8.1突变体中，作为转录输出的SlKRP2在子房壁中的表达急剧下调，削弱了对子房壁细胞增殖的抑制作用，椭圆形（方形）果实由此产生。值得注意的是，fs8.1的突变没有影响果实成熟和果实质地，只是让加工番茄的耐压力显著增加，进而推动了上世纪六十年代加工番茄机械化采收的社会大变革。
李传友团队研究分析了fs8.1在不同遗传材料中的分布。与预期一致，所有现代加工番茄都含有fs8.1突变等位基因，表明fs8.1在加工番茄育种的进程中受到了选择。耐人寻味的是，该优异等位基因并没有应用到鲜食番茄中。与加工番茄相比，鲜食番茄风味更佳但质地软，在采收和运输过程中容易破损，经济损失较大。因此，提高果实耐压能力一直是鲜食番茄育种的重要目标，利用成熟突变体育种来提高果实耐压能力也是业内普遍共识。
FS8.1的成功克隆为提高鲜食番茄的果实耐压性提供了新策略。李传友团队敲除了鲜食番茄的FS8.1基因后，发现果实的耐压能力显著提高，同时对可溶性糖含量、主要有机酸含量和番茄红素含量等主要品质性状没有任何影响。在此基础上，他们同时敲除FS8.1和SP（控制株型和果实成熟一致性）基因，创制出了株型紧凑、果实耐压能力显著增强、成熟一致性提高，且适合机械化生产的鲜食番茄材料。
文章在线发表后，《科学》杂志同期发表评述文章并对李传友教授进行了线上采访，认为这项原创性的研究成果具有广阔的应用前景，将会在全世界范围内引发鲜食番茄生产方式的重大变革。
FS8.1的克隆、作用机理解析与育种应用
李传友团队已毕业的博士生朱强、邓磊副研究员和中国农业大学已毕业的博士生陈婕为该论文共同第一作者。李传友教授为通讯作者。乔治亚大学Esther van der Knaap教授、北京农林科学院李常保研究员和中国农业大学孙亮副教授参与了该研究工作。中国农业科学研究院蔬菜花卉研究所李君明研究员对研究给予了帮助。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和北京市联合攻关项目的资助。