摘要：番茄是最重要的蔬菜作物之一。该文围绕转录组学的研究方法、转录组学在番茄果实发育、繁殖机制以及抗病虫害等方面的研究进行了综述，旨在揭示植物生长与发育的基本生物学问题以及促进其在生产中的应用。
关键词：转录组；番茄；果实发育；自交不亲和；抗病虫害
番茄(Solanum lycopersicum)隶属茄科番茄属，是世界上最重要的蔬菜作物之一，原产于南美洲，营养丰富，栽培面积广且经济效益高。由于其具有生长周期短以及简单的机理研究通路等优势，番茄已成为肉质果实植物研究的模式植物之一。
2012年，番茄全基因组测序的完成极大地推动了西红柿中诸多重要功能及调控基因的研究。在番茄的整个生长发育过程中，人们对其果实，特别是形态、大小和品质等方面尤为感兴趣。而交配系统对番茄种内和种间的生殖模式起着关键的作用，探讨番茄属植物自交不亲和与自交亲和的机制也是番茄属植物繁殖和育种中一个重要的方面。由于如今植物材料国际贸易和交流的逐渐增加以及气候的变化，病虫害给番茄作物造成了严重的损害，因此探讨番茄属抗病方面的研究也十分有必要。本文就目前转录组学的研究方法、转录组学在番茄属植物中果实的发育、自交不亲和机制以及抗病虫害等研究中的进展进行综述。
一、转录组学研究方法
转录组学是通过对特定生理状态的细胞中整套不同数量的转录本进行测序。目前研究转录组的方法主要有：1）表达序列标签（EST）、2）基因表达序列分析（SAGE）、3）cDNA -AFLP、4）基因芯片 5）MPSS、高通量测序等等
表达序列标签（EST）是由mRNA逆转录产生，从不同组织来源的cDNA文库中随机挑取克隆，对其进行大规模测序所获得的部分cDNA 的5’或 3’序列。
SAGE技术的原理是使用锚定酶切双链cDNA并连接不同的接头，通过酶切、PCR扩增、酶切，最后对获得的标签二聚体进行测序的方法来进行。
cDNA-AFLP是在AFLP的基础上发展起来的RNA指纹图谱技术。通过对cDNA限制性酶切片段进行选择性扩增，获得扩增片段的基因表达信息。
基因芯片是一种大规模检测基因表达的技术，它是利用固定探针与样品进行分子杂交，根据杂交图谱荧光信息的强弱测定研究基因的表达丰度。
MPSS技术基于SAGE/Long SAGE实验框架产生，它的通量能达到每次上百万个标签，使测定转录组成为可能。
RNA-Seq利用高通量测序技术对组织或细胞中所有RNA反转录而成的cDNA 文库进行测序，通过统计相关读段(reads)数计算出不同RNA的表达量，发现新的转录本。目前高通量测序平台主要有Illumina公司推出的Solexa基因组分析平台，ABI公司推出的SOLid测序仪、454FLX焦磷酸测序平台。这些高通量测序技术能够克服第1代测序技术的缺点，能获得全部转录本的丰度信息，同时具有较高的准确度。
二、转录组学在番茄中的研究进展
（一）转录组学在番茄果实发育中的研究进展
番茄果实的生长发育是一个极其复杂的过程，包含了诸多的调控途径。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆将授粉和用GA3处理过的番茄子房组织进行转录组测序，证明对番茄果实进行授粉或施用赤霉素，会导致与乙烯和脱落酸生物合成基因表达量的下降从而降低乙烯和脱落酸的浓度。单性结实能不通过授精作用而直接通过生长素或赤霉素来促成。比较授粉和2,4-D/GA3处理的子房的转录组证明碳代谢的活动、细胞分裂、细胞膨大以及MADS-box的下调在依赖授粉的果实生长以及单性结实的过程中是一个综合调节的路径。生长素通过GA20ox1的上调和KNOX的下调来调节赤霉素的合成。因此，生长素对果实的影响是通过ARF2和IAA9的下调作用调节赤霉素的浓度从而产生影响。番茄的生长素响应因子（ARF）基因因为与拟南芥NPH4/ARF7同源，因而被指定成番茄的ARF7（SIARF7）基因，被发现在未授粉的成熟子房中有很高的表达水平。番茄子房转录组的进一步分析显示SIARF7的转录水平在花发育的过程中增加，在成熟的花朵中保持高表达量而在授粉之后的48小时内下调表达。与番茄催熟有关的转录因子包括RIN‐MADS、CLEAR NORIPENING、TAGL1以及LeHB‐1基因都编码催熟现象的积极调控。
（二）转录组学在番茄自交不亲和中的研究进展
交配系统对西红柿种内和种间的生殖模式起着关键的作用。一般来说，果实颜色多彩的番茄品种大多是自交亲和的品种，而果实颜色为绿色的番茄品种是自交不亲和品种。分别将自交亲和和自交不亲和的番茄植株未授粉和自交授粉后花柱的转录组进行比较转录组的分析，结果显示半胱氨酸和蛋氨酸代谢路径和植物激素信号转导路径在自交不亲和中显著富集。也揭示了乙烯生物合成中半胱氨酸和蛋氨酸代谢路径和植物激素信号转导路径在控制番茄自交不亲和物种花粉管的生长过程中起着重要的作用。在柱头上花粉的识别过程被称为S-RNases的特殊核糖核酸酶所调控。两种番茄属植物的生殖隔离同源于之前被证明为烟草属中自交不亲和关键的HT修饰位点。
（三）转录组学在番茄抗病虫害中的研究进展
在番茄根上接种枯草杆菌（BsDN）能促进植株的生长并产生对粉虱诱导的系统抵抗（ISR）。筛选出的244个基因显示茉莉酸依赖的ISR涉及光合作用基因的上调表达以及类苯基丙烷与萜类化合物生物合成路径以及Hsp90伴侣蛋白，可能协调了抵抗病虫害回应的基因。黄叶卷曲病毒（TYLCV）通过造成叶子的变黄、叶子的卷曲、植物的萎缩和花的脱落在全世界范围都威胁着番茄的产量。将接种病毒的TYLCV抗性番茄品种 (R)以及TYLCV易感番茄品种 (S)植株与未接种病毒的两种植株进行转录组分析揭示了编码WRKY转录因子、R基因、蛋白激酶基因在S种番茄中下调表达而在R种中上调表达。在R种番茄中的上调基因揭示了番茄对TYLCY病毒的防御回应由细胞壁的再生、转录调节、防御回应、范素化、代谢合成等基因的调节有关。
三、展望
在番茄果实发育的调控研究中,前人已在细胞周期、激素调节、表观遗传等方面做了大量工作。然而由于果实的发育是多种因素综合调控的结果,故明确番茄果实不同发育时期的主要调控机制和重要的调控基因,对促进果实生长发育及提高果实产量和质量具有重要的意义。番茄抵御病虫害的机制也涉及复杂的基因网调控，在未来的研究中了解响应病原体抵抗的具体基因，对番茄的遗传与育种带来了重要的指导意义。虽然目前已完成番茄全基因组测序,但仍有许多重要的功能及调控基因需要揭示。对番茄果实、繁殖机制以及抗逆抗病性的研究不仅有助于人们进一步认识植物生长发育的基本生物学问题，还有助于促进基础理论研究成果在生产中的应用。
参考文献
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作者简介：李雅绚（1993.12-），女，湖北武汉人，硕士，武汉大学，研究方向：植物系统进化与花粉管再分配。
论文作者:李雅绚
论文发表刊物:《知识-力量》2019年5月上《知识-力量》2019年5月中
论文发表时间:2019/3/5
标签：番茄论文; 转录论文; 基因论文; 果实论文; 亲和论文; 植物论文; 自交论文; 《知识-力量》2019年5月上《知识-力量》2019年5月中论文;