全球氣候變暖加劇下，高溫脅迫已成為限制番茄坐果和產(chǎn)量提升的主要瓶頸。 單性結(jié)實(shí)使番茄無需授粉即可在高溫逆境下形成無籽果實(shí)，是保障穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵性狀。 因此，挖掘番茄高溫單性結(jié)實(shí)基因并解析其分子機(jī)制，成為育種研究熱點(diǎn)。然而相關(guān)研究仍有限，亟待突破以加速培育耐高溫新品種。近日，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所品質(zhì)分子改良課題組在番茄高溫單性結(jié)實(shí)研究領(lǐng)域取得重大突破，為培育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)番茄品種提供了關(guān)鍵基因資源與理論支撐。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于《自然通訊（Nature Communications）》上。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)通過圖位克隆獲得了兩個(gè)調(diào)控番茄熱敏單性結(jié)實(shí)的基因TSP4a和TSP4b，分別編碼生長(zhǎng)素響應(yīng)蛋白SlIAA9和AP2/ERF轉(zhuǎn)錄因子SlANT，高溫下二者轉(zhuǎn)錄水平的降低導(dǎo)致番茄單性結(jié)實(shí)，含有TSP4aXHS072或TSP4bXHS072的特定單倍型組合在高溫下能夠單性結(jié)實(shí)。研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)TSP4a和TSP4b通過形成正反饋調(diào)控環(huán)在生長(zhǎng)素信號(hào)中發(fā)揮功能，其中TSP4b直接激活TSP4a基因轉(zhuǎn)錄，而TSP4a與SlARF2a相互作用，抑制SlARF2a對(duì)TSP4b基因轉(zhuǎn)錄的負(fù)調(diào)控作用。此外，該模塊通過直接調(diào)控下游生長(zhǎng)素響應(yīng)基因EXPANSIN 5（EXP5）和 ACC OXIDASE 4（ACO4）的表達(dá)，參與番茄早期果實(shí)發(fā)育。

 

　　研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)直接敲除TSP4a和TSP4b基因會(huì)產(chǎn)生多效性表型，嚴(yán)重限制了番茄產(chǎn)量的進(jìn)一步提升。相比之下，自然等位基因組合不僅實(shí)現(xiàn)了果實(shí)數(shù)量和產(chǎn)量的顯著提升，同時(shí)避免了發(fā)育負(fù)面效應(yīng)，展現(xiàn)出在番茄育種中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。基于上述研究成果，通過回交轉(zhuǎn)育以及靶向編輯TSP4a啟動(dòng)子和TSP4b 3'UTR，研究團(tuán)隊(duì)獲得了植株和果實(shí)發(fā)育正常的單性結(jié)實(shí)材料，顯著提高了高溫下番茄產(chǎn)量。研究成果為番茄高溫單性結(jié)實(shí)育種選擇及遺傳改良提供了重要基因資源與技術(shù)路徑。

 

　　中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所博士研究生逯曉楠和吳建新為共同第一作者，崔霞研究員為該論文的通訊作者。浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院周國(guó)治研究員和程遠(yuǎn)副研究員、康涅狄格大學(xué)的王煥忠教授、喬治亞大學(xué)Esther van der Knaap教授參與了本研究。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃 （2022YFF1003002）和國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目（32430097）的資助 。

 

　　原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-59522-7