近日，华中农业大学园艺作物种质创新与利用全国重点实验室番茄课题组在Plant Biotechnology Journal发表了题为“CRISPR/Cas9-mediated mutations of FANTASTIC FOUR gene family for creating early flowering mutants in tomato”的研究论文。
番茄早熟性对番茄早春设施栽培和周年均衡供应具有重要意义。番茄课题组前期通过EARLY FLOWERING (EF)突变体克隆到早花基因SlFAF1/2c，并解析了该基因调控番茄开花时间的作用机制（Zhang et al., 2023, PlantBiotechnologyJournal）。本研究进一步探究了FANTASTIC FOUR (FAF)基因家族对番茄开花时间的调控及编辑育种中的应用，发现SlFAF1/2a和SlFAF1/2c是番茄开花的正向调控因子，而SlFAF1/2b, SlFAF3/4a和SlFAF3/4b是番茄开花的负向调控因子。通过CRISPR/Cas9对SlFAF1/2b, SlFAF3/4a和SlFAF3/4b基因编辑，创制了一系列不同程度的早花番茄突变体，更为重要的是，此突变对于番茄生产量未产生负面影响。该研究结果丰富了番茄开花时间的调控网络，为番茄花期改良提供了新的种质资源。
研究人员通过表达分析发现SlFAF家族的5个基因中，SlFAF1/2a表达模式与SAM（shoot apical meristems）发育时期高度相关，超量表达SlFAF1/2a，相对于WT其始花节位缩短了2-5个节位，开花时间提前了20天左右。
超量SlFAF1/2a提前开花
为了探究FAF基因家族其他基因的功能，研究者对SlFAF1/2b, SlFAF1/2c, SlFAF3/4a和SlFAF3/4b分别构建了超量和敲除转基因植株，发现SlFAF1/2c超量表达，可以促进番茄的早花，但早花程度相对弱于SlFAF1/2a。相反，SlFAF1/2b, SlFAF3/4a和SlFAF3/4b的超量表达转基因植株开花时间并未改变，但CR-faf1/2b，CR-faf3/4a和CR-faf3/4b敲除突变体开花时间相对于WT产生不同程度的提前。
SlFAF家族负调控番茄开花时间的加性效应
通过构建faf1/2b faf3/4b，faf3/4a faf3/4b双突变体和faf1/2b faf3/4a faf3/4b三突变体，研究人员发现faf1/2b faf3/4a faf3/4b三突变体开花时间相对于单基因突变体、双基因突变体开花时间更早，表现出加性效应。同时该研究表明SlFAF转基因株系的产量并未受到不良影响。上述研究结果表明，SlSAF基因家族在番茄早熟性育种方向有着潜在的应用前景。
华中农业大学园艺作物种质创新与利用全国重点实验室番茄课题组博士生尚乐乐、陶金宝是本研究论文的共同第一作者。华中农业大学叶志彪教授和英国诺丁汉大学Donald Grierson教授为本研究提供指导。该研究获湖北洪山实验室、华中农业大学深圳研究院等项目资助。
原文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.14223
作者：陶金宝
审核：张余洋
