发现“媒人”，破解番茄种间“相亲”难题

2025-04-23 10:22:45 来源：科技日报

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番茄是重要的蔬菜作物，在世界范围内广泛种植。但这种常见的果蔬也面临着“相亲”难题。在繁衍后代时，番茄有着复杂的“择偶”机制。

最近，中国科学院昆明植物研究所研究人员在学术期刊《新植物学家》上发表的一项新成果，揭开了番茄种间单向不亲和反应的神秘面纱，为解决番茄“相亲”难题找到了新的方法。

种间单向不亲和阻碍番茄育种

番茄在种植过程中，很容易受到病虫害的多重影响，导致产量和品质下降。

以前，科学家发现，长期驯化使栽培番茄遗传多样性大幅降低，抗逆性减弱。相比之下，野生番茄却有极高的遗传多样性，具有抗病虫害、抗旱和耐盐碱等优良特性。

同时，番茄的世界存在一种奇特的现象——种间单向不亲和。这种现象就像是番茄界的“相亲”规则，决定了哪些番茄可以顺利结合，哪些则注定无缘。

以野生的潘那利番茄和栽培番茄为例，二者各自自交授粉后都能顺利产生后代，但当它们进行种间授粉时，情况就变得复杂了。如果用栽培番茄的花粉，去给潘那利番茄的花柱授粉，花粉管会在花柱中停止生长，无法完成受精；但反过来，用潘那利番茄的花粉给栽培番茄的花柱授粉，花粉管却可以正常生长并完成受精，这就是农学家常说的单向不亲和。

这种现象阻碍了栽培番茄的育种改良。“它就像是番茄之间的‘隐形屏障’，阻碍了优良基因的流动。”中国科学院昆明植物研究所研究员郭晗解释说，团队的研究目标，就是找到调控这种反应的遗传因子，打破这个屏障，选育更多优质番茄新品种。

为定向调控生殖障碍提供新靶点

此前，人们通过远缘杂交技术将野生番茄的优良基因导入栽培番茄，培育出高产、优质、抗逆性强的新品种，推动番茄产业的可持续发展。但番茄种间单向不亲和的遗传密码迟迟未破解，郭晗团队为此做了多年研究。

“野生潘那利番茄的单向不亲和反应，是由花粉端和花柱端的遗传因子共同调控的。”郭晗说，这些因子通过复杂的互作网络，决定了花粉管能否在花柱中顺利生长。

郭晗团队在前人研究的基础上，发现了两个新的花粉种间单向不亲和位点，并对其功能作了验证。这两个位点与已知的花粉种间单向不亲和因子SpFPS2协同作用，共同造成了潘那利番茄与栽培番茄的单向不亲和反应。这一发现，不仅完善了番茄种间单向不亲和反应的分子调控框架，还为利用生物技术手段定向调控生殖障碍提供了新的靶点。

“我们通过构建多种番茄遗传材料，系统地解析了这些种间单向不亲和位点之间的互作关系。”论文的第一作者、昆明植物研究所博士研究生马文春说，这就好比找到了番茄的“媒人”，可以精准地调控两种番茄之间的亲和性。

通过一系列研究，研究团队发现，野生潘那利番茄的种间单向不亲和反应涉及三种类型的花柱种间单向不亲和机制，每种机制都有对应的花粉种间单向不亲和位点。这些位点之间的相互作用，决定了番茄种间授粉的亲和性。

比如，当强功能的种间单向不亲和花粉因子遇到弱功能的种间单向不亲和花柱因子时，花粉管可以正常生长；而当弱功能的种间单向不亲和花粉因子遇到强功能的种间单向不亲和花柱因子时，花粉管的生长就会受到抑制，表现出不亲和反应。

“我们的研究不仅整合了近十年来该领域的工作，还为后续的分子机制研究奠定了基础。”郭晗说。未来，研究人员可以利用生物技术手段，精准地调控番茄的亲和性，从而打破野生番茄和栽培番茄之间的生殖障碍。这意味着，未来有望培育出更多高产、优质、抗逆性强的番茄新品种。

“这项研究不仅为番茄育种提供了新的理论支持，也为其他作物的远缘杂交育种提供了宝贵的借鉴。”郭晗说。