茄属植物的进化与农业应用

茄属植物的进化与多样性：从基因到农业应用

宾夕法尼亚州立大学（2024USNews美国大学排名：60）的生物学家领导的国际团队最近完成了一项重要研究，创建了一个新的茄属植物家谱，揭示了这些植物果实颜色和大小的多样性及其进化过程。通过对247个物种的1786个基因序列进行比较，研究团队重建了茄属植物的家谱。这项研究不仅有助于理解茄属植物的进化历史，还可能为农业上重要植物的育种提供新的见解。研究发现，果实的颜色和大小是一起进化的，食果动物并不是主要驱动因素。研究还推测，蝙蝠可能在果实多样化过程中起到了重要作用。

茄属植物果实颜色和大小的进化

茄属植物（Solanaceae）是一个包含了许多重要农作物的植物家族，如番茄、马铃薯、茄子等。研究发现，这些植物的果实颜色和大小在进化历史上是相对保守的，且两者的变化是相关的。通过对茄子（Solanum melongena L.）重组自交系（RIL）群体的代谢表型进行分析，研究人员发现了控制果实营养质量的代谢数量性状位点（mQTLs）。这些mQTLs的发现为理解果实颜色和大小的共同进化提供了新的视角。

在这项研究中，研究人员使用了164个F6代RILs，这些RILs来源于两个具有不同农艺性状的茄子品系“305E40”和“67/3”的杂交。通过液相色谱-质谱（LC/MS）分析，研究人员识别出多种代谢物，包括糖苷生物碱、花青素和多胺类化合物，并发现这些代谢物在两个亲本品系和F1杂交种中有不同的积累。通过对RILs的代谢谱分析，研究人员确定了与这些代谢物积累相关的多个mQTLs。每个代谢性状都由一个或多个QTLs控制；对于大多数性状，研究人员确定了一个主要的mQTL（表型变异解释率[PVE]≥10%）。研究还分析了QTLs下的候选基因及其在两个亲本品系中的序列差异，提出了一系列可能控制这些性状的候选基因。

蝙蝠在果实多样化中的作用

研究还推测，蝙蝠可能在茄属植物果实多样化过程中起到了重要作用。蝙蝠作为夜行性动物，可能在夜间传播茄属植物的种子，从而促进了这些植物的多样化。尽管食果动物并不是果实进化的主要驱动力，但它们在果实传播和多样化过程中仍然扮演了重要角色。

茄属植物的基因分析

宾夕法尼亚州立大学的研究团队通过对来自全球的植物样本进行基因测序，重建了茄属植物的家谱树，发现果实颜色和大小的进化是相互关联的。研究表明，茄属植物的起源可以追溯到约5300万年前，比之前的估计早了3000万年。这一发现为理解茄属植物的进化历史提供了新的视角。

研究团队计划进一步探索现代动物与果实之间的相互作用，以及与果实颜色和大小相关的基因的进化。这些研究不仅有助于理解茄属植物的进化历史，还可能为农业上重要植物的育种提供新的见解。

茄属植物研究对农业育种的影响

茄属植物的研究不仅在学术上具有重要意义，还对农业育种具有重要影响。密歇根州立大学的植物、土壤和微生物科学系教授戴夫·杜切斯（Dave Douches）利用Project GREEEN的资金，研究如何在二倍体水平上培育马铃薯。大约十年前，杜切斯领导了由美国农业部国家食品和农业研究所资助的Solanaceae协调农业项目（SolCAP），该项目旨在推进马铃薯和番茄作物的研究。

杜切斯意识到需要找到培育二倍体马铃薯的遗传材料，这种马铃薯只有两组染色体。二倍体育种允许基因快速进步，科学家可以更高概率地实现所需的性状。Project GREEEN自2018年以来一直支持这项研究，帮助杜切斯团队利用现代技术和基因编辑使二倍体马铃薯具备自交兼容性，这一特性使得马铃薯能够自我授粉。

杜切斯计划向美国农业部提交申请，若获批准，基因编辑的马铃薯将免于严格的监管。Project GREEEN还帮助杜切斯在二倍体水平上开发对科罗拉多马铃薯甲虫的抗性基因，这减少了农药的使用，节省了种植者的成本。杜切斯团队还获得了美国农业部NIFA专项作物研究计划的资助，与北达科他州立大学、明尼苏达大学和威斯康星大学合作，推进二倍体育种项目。Project GREEEN的资助不仅对密歇根州有益，还对大湖区及其他地区有广泛的影响。

结论

通过对茄属植物的深入研究，科学家们揭示了这些植物果实颜色和大小的多样性及其进化过程。研究发现，果实的颜色和大小是一起进化的，食果动物并不是主要驱动因素。研究还推测，蝙蝠可能在果实多样化过程中起到了重要作用。通过对247个物种的1786个基因序列进行比较，研究团队重建了茄属植物的家谱。这项研究不仅有助于理解茄属植物的进化历史，还可能为农业上重要植物的育种提供新的见解。

茄属植物的研究不仅在学术上具有重要意义，还对农业育种具有重要影响。通过利用现代技术和基因编辑，科学家们可以培育出具有更理想特性的农作物，从而提高农业生产效率，减少农药使用，节省种植者的成本。这些研究成果不仅对密歇根州有益，还对大湖区及其他地区有广泛的影响。

总之，茄属植物的研究为我们提供了一个理解植物进化和多样性的窗口，同时也为农业育种提供了新的思路和方法。未来，随着研究的深入，我们有望看到更多关于茄属植物的发现，这将进一步推动农业科学的发展。

参考新闻资料:

1. New tomato, potato family tree shows that fruit color and size evolved together
2. An Eggplant Recombinant Inbred Population Allows the Discovery of Metabolic QTLs Controlling Fruit Nutritional Quality
3. New tomato, potato family tree shows that fruit color and size evolved together
4. Project GREEEN backs research into new way of breeding potatoes

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