纠正番茄育种乱局，还得靠CRISPR？

遗传学家利用两种变异改良了一万年来的番茄驯化成果。这两种变异都分别受到育种者的青睐，但结合在一起时却是有害的。

从巨大的果实到矮小结实的植株，今天的番茄是数千年的培育塑造出来的。不过，遗传学家发现，虽然有些变异可以产生受人们青睐的性状，例如有一种变异可以使番茄更易收获，但是如果将它们结合在一起，就会产生不受欢迎的植株。

人们识别出了一种能让番茄更易收获的基因突变。

美国冷泉港实验室的遗传学家Zachary Lippman表示，这是一个罕见例子：在驯化作物过程中被利用的基因后来却阻碍了作物改良。在识别出这些突变后，他和同事使用CRISPR基因编辑技术来改造更加高产的植株；植物育种者非常希望能将这一技术投入使用。

“真是激动人心，”亚利桑那大学的植物遗传学家Rod Wing说，“这种方法可以用于作物改良，不仅仅是番茄，而是所有作物。”

烂番茄

Lippman十分了解番茄种植。十几岁的时候，每到暑假他就得摘番茄——一个他讨厌的活儿。“烂番茄的味道一整天都散不掉，”他说，“收番茄的时候，我总是会祈祷下雨。”

但多年后，因为对控制植物性状背后的遗传原理感兴趣，他又回到了番茄地，试图理清育种者无意中造成的遗传改变。

上世纪50年代，研究者在加拉帕戈斯群岛的野生番茄中发现了一种新性状：它的茎部没有一种名叫离层的突出结构。

离层是茎上的薄弱区域，能让果实从植株上掉落。落果对野生植株有益，因为它有助于种子传播。但随着番茄采摘机的推广，农民想要得到不会落果的番茄。育种者很快将这种“无离层”性状加入到了他们培育的植株中。

但这种新性状也带来了负面影响。与现有的番茄品种杂交时，所得植株的开花枝会长出许多状如扫帚的多余花枝，并大量开花。花会消耗植物资源，减少结果数量。育种者选育了其它遗传变异来抵消这一缺陷。数十年后，Lippman的团队开始寻找这一现象背后的基因。

正正得负

此前，他们筛选了4193种番茄，从中寻找有特殊发枝模式的品种。他们找到了两个基因的变异，这些变异会共同导致育种者所见到的过度发枝现象。团队在5月18日《细胞》期刊在线发表的一篇论文中报告称，其中一个基因与无离层性状有关。

另一个基因则有利于在果实上方形成一大片叶状的绿色萼片，这种性状是在几千年前的番茄驯化早期被选育出来的。Lippman说，这一性状的优势还不明确，但有可能是因为它有助于支撑较重的果实。

针对这两个基因，加上第三个影响开花数量的基因，他的团队使用CRISPR–Cas9编辑方法按照不同的组合消除它们的活性，从而产生了一系列植株结构——从细长的开花枝到浓密的花菜状花束，不一而足，其中一些还带来了产量提升。

佐治亚大学的植物育种研究者Andrew Paterson表示，理想遗传性状之间的负相互作用是一个需要小心应对的问题，这些发现有助于平息植物育种者对这一点的怀疑。他说，这种观点一直具有争议，因为其效应一直很难从统计学上检测出来。

现在，Lippman的团队正在与植物育种者合作，利用基因编辑技术来开发拥有最适合果实大小的枝条和花型的番茄品种。举例来说，与果实较小的植株相比，果实较大的植株如果开花枝较少，便有可能取得更高的产量。

“我们正在将基础知识应用到农业实践中，”他说，“讽刺的是，应用的对象却是我最不喜欢收获的作物。”