番茄 (Solanum lycopersicum L.) 作為我國(guó)重要的蔬菜作物之一，其產(chǎn)量和品質(zhì)易受環(huán)境脅迫影響。蔬菜嫁接作為一項(xiàng)重要的園藝技術(shù)，長(zhǎng)期以來(lái)被廣泛應(yīng)用于提升作物的抗性，并提高果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量。然而，傳統(tǒng)嫁接所帶來(lái)的優(yōu)良性狀通常無(wú)法遺傳給后代，限制了其在育種中的應(yīng)用。如何實(shí)現(xiàn)“可遺傳”的優(yōu)良性狀（HET）傳遞，是育種領(lǐng)域的一大挑戰(zhàn)。

近日，西南大學(xué)園藝植物發(fā)育與逆境生物學(xué)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室李金華教授團(tuán)隊(duì)在The Plant Journal雜志在線發(fā)表了題為Slmsh1-induced heritable enhancement of traits for tomato breeding improvement的研究論文，揭示了Slmsh1基因編輯介導(dǎo)的可遺傳性狀增強(qiáng)在番茄育種中的應(yīng)用。

該研究利用CRISPR/Cas9基因編輯創(chuàng)制Slmsh1突變體材料，其突變體表現(xiàn)出明顯的矮化表型。隨后，將多個(gè)自交系接穗嫁接在Slmsh1突變體砧木上，評(píng)估嫁接后代生長(zhǎng)表現(xiàn)。結(jié)果表明，嫁接后代表現(xiàn)出明顯的可遺傳性狀增強(qiáng)效應(yīng)，植株生長(zhǎng)勢(shì)明顯增強(qiáng)并且果實(shí)產(chǎn)量增加；嫁接植株后代在干旱條件下生物量增加，抗氧化酶活性提高，表現(xiàn)出顯著的抗旱能力提升。這種可遺傳的優(yōu)良性狀可能源于表觀遺傳產(chǎn)生的ROS清除相關(guān)基因和生長(zhǎng)發(fā)育等激素通路基因的表達(dá)變化。

為進(jìn)一步探索其應(yīng)用價(jià)值，本研究將具有Slmsh1介導(dǎo)的優(yōu)良自交系進(jìn)行雜交，評(píng)估所獲得雜交組合的生長(zhǎng)表現(xiàn)、產(chǎn)量及果實(shí)品質(zhì)。田間試驗(yàn)表明，這些雜交后代根系生長(zhǎng)更發(fā)達(dá)，果實(shí)產(chǎn)量提高，并且果實(shí)中可溶性固形物、可溶性糖和可溶性蛋白含量顯著上升。

綜上，該研究利用Slmsh1突變體番茄作為砧木，誘導(dǎo)產(chǎn)生可遺傳的優(yōu)良性狀，并與雜交育種技術(shù)相結(jié)合，突破性地實(shí)現(xiàn)了對(duì)番茄品種的遺傳改良。該研究利用CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)與嫁接、雜交等傳統(tǒng)育種的協(xié)同融合為番茄砧木育種和雜交育種提供了新的思路。

西南大學(xué)李金華教授為論文的通訊作者，在讀博士生候慧芳、已畢業(yè)研究生李源浩、蘇妮妮為本文第一作者，參與研究的還有在讀博士研究生丁寅、王亞玲等。西南大學(xué)張興國(guó)教授、潘宇教授和吳浪博士參與了指導(dǎo)工作。該研究得到了重慶市技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用發(fā)展專項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金等資金的資助。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1111/tpj.70607