Adv Sci:新疆维吾尔自治区农业科学院果蔬所赵建涛研究员构建番茄eQTL全景图,揭示番茄重要营养品质性状调控机制
番茄是全球消费量最大的蔬菜作物之一，其风味与营养品质直接关系到消费者接受度和加工产品的市场竞争力。然而，糖、酸、类胡萝卜素、风味挥发物等重要品质性状均由多基因调控，遗传调控机理复杂，传统育种手段难以精准、高效地改良。近年来消费者对番茄营养风味的要求越来越高，无论是鲜食番茄还是加工番茄产业都面临着提质增效的迫切需求和严峻挑战，也驱动着番茄生物育种的目标由传统的高产向高营养风味和功能性番茄的转变。近日，新疆维吾尔自治区农业科学院果蔬所番茄遗传育种创新团队赵建涛研究员在国际知名期刊Advanced Science上在线发表了题为“eQTL meta-analysis reveals conserved and population-specific regulatory variation underlying nutritional trait evolution and domestication in tomato”的研究论文。该研究是继2019年在Nature Communications发表番茄风味GWAS Meta分析之后（Meta-analysis of genome-wide association studies provides insights into genetic control of tomato flavor），在番茄营养品质遗传调控领域的又一重要进展，相关研究为加工番茄和鲜食番茄的营养风味改良及精准育种提供了重要理论依据与基因资源。GWAS Meta分析—绘制番茄营养风味的“藏宝图”
传统关联分析（Genome-wide association study, GWAS）由于统计效应等局限性，难以衡量不同群体间的异质性（Heterogeneity，衡量关联分析结果在不同群体间差异的关键指标）。为了解决这一技术难题，赵建涛研究员在法国国家农业研究院蔬菜水果遗传改良中心（GAFL, INRAe）跟随国际著名番茄育种专家Mathilde Causse研究员读博期间，率先将GWAS meta分析引入作物关联分析研究中（图1）。通过整合中国、法国、美国等国家多个番茄育种群体的遗传变异与营养风味代谢数据，挖掘出一批与重要营养品质显著关联的变异位点。研究揭示了番茄在驯化和改良过程中可溶性糖与柠檬酸含量持续降低、“好感”挥发物丢失与“异味”挥发物积累等风味衰退的遗传原因，并为风味改良指明了明确靶点。该研究也指出了GWAS的局限性，如仅能定位关联区域，无法解释下游调控机制，这为后续eQTL研究埋下了伏笔。图1. 基于三个番茄核心群体的GWAS meta分析技术路线
eQTL Meta分析揭开调控“中枢神经”。
2026年，研究团队进一步突破了这一局限。通过整合五个遗传背景迥异的番茄群体（涵盖渐渗系、重组自交系及自然群体），开展了迄今规模最大的番茄eQTL Meta分析。研究共鉴定出40,928个eQTL（其中顺式eQTL 9,463个，反式eQTL 31,465个），关联到12,514个基因，数据规模为目前番茄调控领域之最，从调控网络层面揭示了番茄重要营养品质的遗传调控机制（图2）。图2. 番茄eQTL meta分析揭示番茄营养品质性状调控机理示意图
该研究全面分析了包括糖酸、类胡萝卜素、叶酸等重要营养品质指标的顺式和反式调节位点，挖掘到一批优异的基因靶点。结果发现类胡萝卜素通路基因主要受顺式eQTL调控，精准定位了ZISO、ZDS、CrtISO等关键酶的顺式调控区，证实其与番茄红素、β胡萝卜素含量显著相关；在糖、酸、叶酸通路中鉴定出含错义突变等高影响变异的顺式eQTL，为营养强化和功能性番茄的育种开发提供了天然靶标。以番茄果实黄酮类合成通路为例，黄酮类不仅是果实抗氧化的重要活性物质，也是造成番茄红果和粉果转变的关键代谢基础。MYB12作为黄酮类合成通络的关键调节因子，集中调控整个类黄酮合成通路的大多数关键基因（图3a）。同时，挖掘到一个关键的包含其他MYB、HSF、F-box、GRAS等转录因子以及乙烯合成基因ACS和赤霉素调控基因的共表达网络，极大地深化了该代谢通路的调控复杂性（图3b）。除此之外，还发现MYB12也是番茄果实叶酸合成通路的关键限速基因二氢叶酸还原酶的反式调节元件（图3c,d），转基因验证表明突变该基因后可以将叶酸含量提升43.5%以上（图3e）。以上相关研究为粉果番茄在国内的广泛偏好提供了重要的营养学依据，也为功能性番茄的精细化定制提供了重要的遗传和代谢路径。图3. MYB12反式调节番茄黄酮类合成通路及
新疆维吾尔自治区农业科学院果蔬所赵建涛研究员和华中农业大学园艺林学学院王昕教授为共同第一作者，美国康奈尔大学伊斯汤姆逊研究所费章君教授（Zhangjun Fei）为论文通讯作者。上述研究得到了国际国内番茄遗传育种领域的多位知名专家的指导，包括法国国家农业研究院蔬菜水果遗传改良中心Mathilde Causse研究员，美国佛罗里达大学Harry Klee院士，中国农业科学院深圳农业基因组研究所黄三文院士，美国康奈尔大学伊斯汤姆逊研究所费章君教授（Zhangjun Fei）和Jim Giovannoni院士，新疆维吾尔自治区农业科学院果蔬所余庆辉研究员和王柏柯研究员等。剑桥大学赵京华教授和吴琪教授、云南师范大学生命科学学院祝光涛教授、西北农林科技大学园艺学院张静教授、中国农业科学院都市农业研究所卞中华副研究员等在数据分析方面提供了重要帮助。该研究得到了新疆自治区旱区农业研究院科技创新专项、自治区天山英才培养计划-青年科技拔尖人才、湖北洪山实验室科研启动基金和园艺作物种质创新与利用国家重点实验室青年科学家培育基金、美国国家科学基金会以及美国农业部等相关项目的资助。新疆维吾尔自治区农业科学院果蔬所番茄遗传育种创新团队长期围绕加工番茄和鲜食番茄的育种需求，团队由余庆辉、王柏柯、王娟、赵建涛等研究员组成，在番茄种质资源创新与利用方面基础雄厚，建有包含1000余份加工番茄自交系、1000余份鲜食番茄及200余份野生种质的核心资源库。依托该资源，团队成功培育出国内首个机采突破性品种“新番36号（屯河9号）”，打破美国长期垄断；并创制出首个优质低酸及高粘加工专用品种，填补国产高端番茄酱专用品种空白。团队形成从良种繁育到标准化栽培的完整技术体系，获国家科技进步二等奖1项、省部级二等奖3项，授权发明专利6项，制定标准10余项。主导品种“新红49号”连续五年全国推广面积最大，2023年入选农业农村部主导品种，并实现品种转让费495万元，展现了强大的研发转化能力与产业引领性。近三年来在Nature Genetics、Advanced Science上等发表多篇论文。诚邀基因组学、人工智能、基因编辑、分子实验等广泛背景的合作与加盟。全文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-019-09462-w
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202519899
