通過超表達(dá)PHYTOCHROME B2基因顯著提高番茄營養(yǎng)品質(zhì)（2020.2.22 Plant Biotechnology Journal）

番茄（Solanum lycopersicum L .）是世界上消費(fèi)最多的蔬菜之一，它含有多種人體所必需的物質(zhì)，包括類胡蘿卜素、類黃酮、抗壞血酸和生育酚。目前改善果實(shí)營養(yǎng)品質(zhì)的研究都集中于直接改變類胡蘿卜素、類黃酮等物質(zhì)表達(dá)的基因，而利用PHY工程來全面提高果實(shí)營養(yǎng)品質(zhì)的研究較少。

近日，巴西圣保羅大學(xué)植物學(xué)系Luciano Freschi教授在著名植物科學(xué)期刊《Plant Biotechnology Journal》（一區(qū)Top期刊，即時(shí)影響因子8.6）上發(fā)表了題為“Beyond the limits of photoperception： constitutively active PHYTOCHROME B2 overexpression as a means of improving fruit nutritional quality in tomato”的文章。該文章通過超表達(dá)PHYTOCHROME B2基因發(fā)現(xiàn)了提高番茄營養(yǎng)品質(zhì)的新手段。

在前人研究中，植物色素（ PHYs ）負(fù)責(zé)紅/遠(yuǎn)紅光的感知并在光形態(tài)響應(yīng)中扮演重要角色。目前，在番茄中已鑒定出5個(gè)PHY基因，即PHYA、PHYB1、PHYB2、PHYE和PHYF。其中PHYB2在番茄果實(shí)中表達(dá)量最高，并且是果實(shí)葉綠體形成和類胡蘿卜素積累的重要調(diào)控因子。在本研究中，作者在Micro-Tom（MT）背景下利用PPC2啟動(dòng)子構(gòu)建了PHY2B的2個(gè)PPC2：：B2天然材料（L1、L3）和3個(gè)超表達(dá)PPC2：：B2Y252H材料（L5、L6、L15）并進(jìn)行了RT-qPCR，發(fā)現(xiàn)在果實(shí)的整個(gè)發(fā)育初期（IMG、MG）及成熟期（BK、RR）中PHYB2和PHYB2Y252H材料比野生型（WT）中PHYB2基因的表達(dá)水平均高出2-7倍，并且發(fā)現(xiàn)對營養(yǎng)生長沒有明顯附加效果。為了解PPC：：B2和PPC：：B2Y252H兩個(gè)材料轉(zhuǎn)錄水平的差異，作者選取了L1，L6兩個(gè)材料進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析和顯微分析，發(fā)現(xiàn)與PHYB2相比，超表達(dá)材料PHYB2Y252H在葉綠素生物合成以及參與抗氧化物質(zhì)積累等代謝途徑上均具有明顯提高。

由于光信號還可以直接參與影響到與異戊二烯類（如類胡蘿卜素、生育酚）代謝物合成相關(guān)基因的表達(dá)，作者對類胡蘿卜素和生育酚含量進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)與野生型和PHYB2相比，超表達(dá)PHYB2Y252H的果實(shí)在發(fā)育初期產(chǎn)生更多的葉綠體，成熟果實(shí)中含有更多的類胡蘿卜素、生育酚和抗壞血酸等物質(zhì)。作者還利用GC-MS分析了它們在代謝物方面的差異，發(fā)現(xiàn)PHYB2或PHYB2Y252H超表達(dá)對果實(shí)初級代謝物的影響主要在脂質(zhì)生物合成方面和糖積累。

最后作者為了驗(yàn)證在不同的遺傳背景下超表達(dá)PHYB2Y252H是否仍然能夠促進(jìn)果實(shí)品質(zhì)。利用優(yōu)良番茄品種Ailsa Craig分別和MT野生型、PHYB2、超表達(dá)PHYB2Y252H雜交得到AC-WT， AC-PPC：：B2 and AC-PPC：：B2Y252H三種材料。對三種材料果實(shí)中的葉綠素、β-胡蘿卜素、葉黃素以及抗壞血酸等物質(zhì)進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)在不同生長條件（實(shí)驗(yàn)室和溫室條件）下PHYB2Y252H的營養(yǎng)物質(zhì)含量均高于另外兩種材料，表明在不同遺傳背景和不同生長條件下超表達(dá)PHYB2Y252H能夠促進(jìn)番茄果實(shí)營養(yǎng)品質(zhì)。