人类的食欲改变了番茄的DNA等等。经过几个世纪的培育，这种曾经只有豌豆大小的南美浆果现在有了各种各样的形状和大小，从樱桃状到巨大的传家宝果实。
如今，科学家们正在梳理这些物理变化是如何在基因水平上表现出来的——这项工作可以指导现代对番茄进行调整，霍华德休斯医学研究所的研究员扎卡里·李普曼说。
他和同事们现在已经在100种番茄的基因组中发现了长期隐藏的突变，其中包括一种来自加拉帕戈斯群岛的橙浆果野生植物，以及通常被加工成番茄酱和酱汁的品种。
他们的分析发表在2020年6月17日的《细胞》杂志上，是对这种突变最全面的评估。李普曼说，这项研究可能导致新的番茄品种的产生和现有品种的改进。研究人员表示，他的团队发现的一些突变改变了关键特征，比如味道和重量。
冷泉港实验室的植物遗传学家李普曼说，此前的研究早就表明，这些突变存在于植物基因组中。“但直到现在，我们还没有一个有效的方法来发现它们并研究它们的影响，”他说。
一扇通往基因组的窗户
生物体细胞内携带的四种DNA字母的突变或变化会改变其物理特性。研究植物的科学家通常把注意力集中在一种小的、易于控制的突变上，即一个DNA字母被另一个DNA字母替换。
Lippman的研究小组所研究的突变要大得多——它们通过复制、删除、插入或将DNA的长片段移到基因组的其他地方来修改DNA的结构。这些突变，也被称为结构变异，在整个生命世界都有发生。例如，对人类的研究已经将这些变异与精神分裂症和自闭症等疾病联系起来。
科学家可以通过读出DNA的字母来识别突变，这种技术被称为基因测序。然而，李普曼说，这项技术的局限性使解码长段DNA变得困难。因此，研究人员还无法获得基因组结构突变的完整图像。
Michael puruganan在纽约大学研究水稻和椰枣，他没有参与这项新的研究，他说，尽管如此，植物遗传学家还是怀疑这些突变对植物的特性有重大贡献。“这就是为什么这篇论文如此令人兴奋的原因，”他说。李普曼说，他的团队不仅在番茄及其野生近亲中发现了这些突变，而且还确定了它们在植物内部的功能。
未来番茄指南
这项新研究是与约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的迈克尔·沙茨(Michael Schatz)等人合作完成的，利用一种名为“长读测序”(long-read sequencing)的技术，确定了番茄中超过20万个结构性突变。李普曼将其比作通过全景窗口观察基因组的大部分。他说，相比之下，更传统的测序方法只能提供一个窥视孔。
他们发现的大多数突变不会改变编码特征的基因。但是李普曼说，有一点是明确的，即许多这些突变改变了控制基因活动的机制。例如，其中一种基因控制着番茄果实的大小。通过改变DNA结构——在这种情况下，就是基因拷贝的数量——李普曼的团队能够改变水果的产量。缺乏该基因的植物永远不会结出果实，而拥有三份该基因副本的植物比只有一份副本的植物结出的果实要大30%。
李普曼的团队还展示了DNA结构是如何影响特征的，他称之为“非常复杂”的例子。他们指出，要将一种主要收获性状培育成现代番茄，需要同时发生四种结构性突变。
李普曼说，这类见解可以帮助解释其他作物的性状多样性，并使育种者能够改进品种。他说，例如，在小樱桃(番茄的近亲)上添加一个额外的大小基因副本，可能会使它们变得更大，从而增加它们的吸引力。
他说:“农业领域的圣杯之一是能够说，‘如果我使这个基因发生突变，我知道输出结果会是什么。’”“该领域正在朝着这种可预测育种的方向迈出重要的一步。”
