番茄馴化位點一個重復片段中和番茄育種障礙的隱秘變異

　　第三代測序技術崛起了，伴隨而來的三代變異檢測技術也成為發現大片段結構變異的新寵兒，從2016年醫學研究人員首次用 PacBio 測序技術找到致病性結構變異成功診斷罕見疾病，到2018年中信湘雅生殖與遺傳專科醫院的研究人員采用 Nanopore 測序技術精確診斷出一段長達 7Kb 的缺失突變并明確了結構變異的來源，再到2019年利用 PacBio 測序技術系統揭示人類基因組中結構變異的特征和影響。三代變異檢測技術一直在人類疾病研究和精準醫療上大放光彩，相關文獻資料也是數見不鮮，而在動植物領域卻寥若晨星。

　　現在介紹發表雜志Nature Plants 上的一篇名為Duplication of a domestication locus neutralized a cryptic variant that caused a breeding barrier in tomato（番茄馴化位點一個重復片段中和了一種影響番茄育種障礙的隱秘變異）的論文。

　　隱秘變異（Cryptic variation）是指人類尚未認知的自然突變，具體而言是那些通常情況下對生物體表型性狀幾乎無作用，但會在特定的環境條件下或遺傳背景中顯示出效果的遺傳變異。根據基因組序列分析的結果，這種隱秘變異比例很大，在生物體的進化適應性中具有重要的作用。由于與有益的遺傳變異的上位性相互作用，隱秘變異可能導致不可預測的、有時甚至是有害的結果，因此在育種研究中必須克服這一點，以達到理想的表型。但如何實現這種隱秘變異的中和尚未被研究。

　　在番茄中，MADS-box 轉錄因子 JOINTLESS2（J2）基因的自然突變可以通過改變花的發育，消除果實莖上的脫落區，從而提高采收能力，而 ENHANCER OF J2（ej2）基因可獲得便于果實收割的長花柄，但將兩個品種雜交后，J2 與 ej2 互作會導致番茄產生過度的分枝和花序并降低產量。但研究人員發現了一個擁有這兩個等位基因、但仍然能夠神秘高產的優良培育品系，這種差異表明育種家選擇了額外的隱性變種，抑制了產量上的負上位性。

　　研究人員用一個不分枝的 j2TE ej2W 育種系（fla.8924）雜交了分枝的 j2TE ej2W 雙突變體，發現 F1 雜交種主要產生不分枝的花序，這表明抑制部分占主導地位，而得到的 F2群體中產生了一系列復雜的花序，表明多重數量性狀位點（QTLs）是抑制的基礎。為了剖析抑制的遺傳結構，研究人員選擇了70株 F2 植物，這些植物捕捉了花序分支的極端表型，根據各組的表達能力和 DNA 序列將分支組和抑制組分為“A”和“B”類。

　　通過比較分支和抑制表型分類之間的單核苷酸多態性比率，發現染色體1號和染色體3號上有兩個主要的 QTLs，我們分別指定分支抑制基因1（sb1）和分支抑制基因3（sb3）。通過分析這兩個 QTL 的 F3 代群體分離的花序復雜性，發現 sb1 加性可能解釋了 F2 群體的花序復雜性的范圍，sb1 穩定了 fla.8924中的不分枝花序結構。接著通過基因組測序覆蓋率的變化顯示，與 j2TE ej2W 相比，fla.8924 在 EJ2 周圍有一個83 kb 的窗口，其基因組讀取覆蓋率大約是 j2TE ej2W 的兩倍支持重復，通過定量 PCR 確認了 fla.8924 中 EJ2 的較高基因組覆蓋率，并通過 PCR 和 Sanger 測序確定了重復的區域。之后使用納米孔長讀長測序在 fla.8924 中檢測到相同的結構變異，證實了在這個品系中相同位置處有一個長約 83 Kb 的重復片段。

　　研究結果發現，最后利用基因編輯技術，通過一系列實驗證明了在番茄育種過程中選擇了一種罕見的串聯重復可以中和有害的隱秘變異，從而促進花序的發育，即 sb3 重復中和了 j2 和 ej2W 變體之間的負上位性。