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番茄起源于南美洲安第斯山脈，在墨西哥完成馴化，于16世紀(jì)傳到歐洲。除了栽培番茄，番茄屬還包含12個(gè)野生番茄種。本文從分子育種的視角對(duì)近年來(lái)在番茄分子生物學(xué)、功能基因組學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展做一綜述，并對(duì)番茄分子育種的發(fā)展方向進(jìn)行分析和探討。

1 分子育種的界定 

在傳統(tǒng)的植物遺傳育種實(shí)踐中，研究人員一般基于現(xiàn)有的種質(zhì)資源，通過(guò)有性雜交和后代的表 型選擇進(jìn)行農(nóng)藝性狀的轉(zhuǎn)移與改良，育種周期較長(zhǎng)、遺傳改良效率偏低。分子育種，是指在對(duì)控制農(nóng)藝性狀的關(guān)鍵基因或QTL功能認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，將現(xiàn)代生物技術(shù)手段整合于傳統(tǒng)育種方法中，創(chuàng)新種質(zhì)資源，提高選擇效率，實(shí)現(xiàn)有目標(biāo)的設(shè)計(jì)育種。分子育種可大幅度提高育種效率，縮短育種年限，在提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)、增強(qiáng)抗性等方面已顯示出巨大潛力，成為現(xiàn)代作物育種的主要方向。 根據(jù)分子手段參與形式的不同，分子育種主要包括以下兩方面的內(nèi)容。 

（1）分子標(biāo)記育種。分子標(biāo)記育種（又稱(chēng)分子標(biāo)記輔助選擇） ，利用與目標(biāo)基因緊密連鎖的分子標(biāo)記（或基于目標(biāo)基因本身的功能標(biāo)記）作為選擇標(biāo)記，在育種選 育過(guò)程中，通過(guò)分子標(biāo)記的篩選來(lái)完成目標(biāo)性狀的選擇。分子標(biāo)記輔助育種實(shí)現(xiàn)了由表型選擇到基 因型選擇的過(guò)渡，無(wú)論在選擇效率還是選擇精度上都比傳統(tǒng)選擇育種有很強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，隨著 高通量分子標(biāo)記檢測(cè)技術(shù)，基因組重測(cè)序和生物統(tǒng)計(jì)分析方法的飛速發(fā)展，可以同時(shí)對(duì)大量樣本材料進(jìn)行前景選擇（目標(biāo)性狀）和背景選擇（遺傳背景），大大提高了選擇的精度和效率。分子標(biāo)記技 術(shù)除了應(yīng)用于品種選育過(guò)程，在諸如基因聚合、回交轉(zhuǎn)育、遺傳多樣性分析、雜種優(yōu)勢(shì)預(yù)測(cè)、種子 純度和真實(shí)性檢測(cè)、新品種保護(hù)等方面也顯現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。 

（2）基因組編輯育種。傳統(tǒng)雜交育種常受物種間生殖隔離限制和連鎖累贅的影響。以轉(zhuǎn)基因、 定向誘導(dǎo)基因組局部突變和基因組編輯等技術(shù)為代表的基因組編輯育種可以打破生殖隔離、連鎖累贅等因素的限制，實(shí) 現(xiàn)目標(biāo)性狀的快速精準(zhǔn)改良。轉(zhuǎn)基因育種是利用重組DNA技術(shù)，將功能明確的基因或DNA片段通過(guò)遺傳轉(zhuǎn)化手段導(dǎo)入受體品種基因組，并使其表達(dá)目標(biāo)性狀的育種方法。由于克隆的基因可來(lái)自任何物種，所以轉(zhuǎn)基因育種能打破基因在不同物種間交流的障礙。TILLING 則是利用高通量突變檢測(cè)技術(shù)在人工誘變或自然群體中快速準(zhǔn)確地鑒定出目標(biāo)基因突變個(gè)體的技術(shù)方法。 基因組編輯技術(shù)是利用序列特異的核酸酶在基因組特定位點(diǎn)誘導(dǎo)產(chǎn)生DNA雙鏈斷裂，進(jìn)而激活細(xì)胞自身修復(fù)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)基因組的精確修飾（替換、插入或缺失等）。規(guī)律成簇間隔短回文重復(fù)序列及其核酸酶系統(tǒng)（CRISPR/Cas9），由于編輯效率更高，操作更為簡(jiǎn)便，成本更低，可同時(shí)對(duì)多個(gè)靶點(diǎn)進(jìn)行編輯等特點(diǎn)成為當(dāng)前最為主流的基因組編輯技術(shù)。CRISPR/Cas9 和 TILLING技術(shù)在功能基因組學(xué)研究、優(yōu)異種質(zhì)資源創(chuàng)制、有利等位基因挖掘以及作物定向育種等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

從技術(shù)層面講，傳統(tǒng)育種是分子育種的基礎(chǔ)，而分子育種則是傳統(tǒng)育種的補(bǔ)充與升級(jí)。分子育種技術(shù)體系的建立很大程度上依賴(lài)于對(duì)作物農(nóng)藝性狀形成的分子機(jī)制的認(rèn)知。對(duì)控制重要農(nóng)藝性狀關(guān)鍵基因或 QTL 的定位、克隆和功能分析可以為分子標(biāo)記育種提供實(shí)用標(biāo)記，為基因組編輯育種提供靶標(biāo)基因。在此基礎(chǔ)上，利用QTL的遺傳效應(yīng)、QTL之間的互作、QTL與環(huán)境之間的互作等信息模擬和預(yù)測(cè)各種可能基因型組合的表現(xiàn)型，最終實(shí)現(xiàn)有目標(biāo)的設(shè)計(jì)育種。 

2 番茄主要農(nóng)藝性狀形成的分子機(jī)制

番茄是研究果實(shí)發(fā)育、合軸分枝、復(fù)葉形成和抗病性的經(jīng)典模式植物，上述性狀表現(xiàn)與其生長(zhǎng) 發(fā)育和商品品質(zhì)密切相關(guān)，因此也是研究馴化和遺傳改良的主要對(duì)象。前人已對(duì)上述專(zhuān)門(mén)領(lǐng)域相關(guān)的研究成果做了詳盡綜述。本文簡(jiǎn)述近年來(lái)番茄主要農(nóng)藝性狀形成的分子機(jī)制研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹利用正向遺傳學(xué)手段克隆/定位的關(guān)鍵基因和 QTL（表 1，表 2）。

2.1 果實(shí)大小與形狀

番茄果實(shí)質(zhì)量是一個(gè)典型的數(shù)量性狀，由多個(gè)基因共同控制。目前已知的控制番茄果實(shí)質(zhì)量的 主效 QTL 大約有 10 個(gè)，其中 4 個(gè)已經(jīng)被克隆。fw2.2 是番茄中第一個(gè)克隆的位于第 2 染色體上的控 制果實(shí)質(zhì)量的 QTL，也是作物中克隆的第一個(gè) QTL。該位點(diǎn)編碼一個(gè)抑制細(xì)胞分裂的膜定位蛋白，可以解釋野生番茄和普通大果番茄果實(shí)質(zhì)量差異的 30%。與野生番茄相比，普通大果番茄中 fw2.2 的表達(dá)量更低，細(xì)胞分裂更活躍，胎座和中柱更大（Frary et al.，2000）。目前關(guān)于 fw2.2 調(diào)控細(xì)胞分裂活性的具體機(jī)制還不清楚。fw3.2是另外一個(gè)被克隆的位于番茄的第 3 號(hào)染色體上的果實(shí)質(zhì)量 QTL，該位點(diǎn)編碼一個(gè) CYP78A 亞家族的 P450 蛋白 SlKLUH，通過(guò)增加果皮和中隔組織的細(xì)胞數(shù)而使果實(shí)變大。Chakrabarti 等（2013）發(fā)現(xiàn)該基因啟動(dòng)子中 1 個(gè) SNP 與果實(shí)質(zhì)量高度相關(guān)，這個(gè) SNP 可 能導(dǎo)致 SlKLUH 表達(dá)調(diào)控元件的突變，進(jìn)而使得 SlKLUH 的表達(dá)量上升和果實(shí)質(zhì)量增加。與 fw2.2 和 fw3.2 不同，locule number（lc）和 fasciated（fas）主要通過(guò)增加番茄果實(shí)的心室數(shù)而使果實(shí)變大。 lc 對(duì)心室數(shù)的影響相對(duì)較小，只能把心室數(shù)由 2 個(gè)提升到 3 ~ 4 個(gè)。相比而言，fas 可將心室數(shù)提升 至 6 個(gè)，這兩個(gè)遺傳位點(diǎn)的上位互作可使番茄心室數(shù)達(dá)到 8 個(gè)以上，果實(shí)質(zhì)量也增加一倍。Lc 位于番茄的第 2 號(hào)染色體上，Munos 等（2011）通過(guò)圖位克隆方法在 WUSCHEL 基因下游鑒定到兩個(gè)與心室數(shù)高度相關(guān)的 SNP 位點(diǎn)，暗示 lc 的表型可能與 WUSCHEL 有關(guān)。fas 突變是由 11 號(hào)染色體上 1 個(gè) 294 kb 染色體片段的反轉(zhuǎn)所致，一直以來(lái)人們把 fas 多心室的表型歸因于染色體片段反轉(zhuǎn)位點(diǎn)附 近一個(gè) YABBY 轉(zhuǎn)錄因子基因的失活（Cong et al.，2008），最近 Xu 等（2015）認(rèn)為 fas 的表型更可能是由于反轉(zhuǎn)位點(diǎn)附近另一個(gè)基因 CLAVATA3（CLV3）表達(dá)量降低造成的。此外，Xu 等（2015）還鑒定到另外兩個(gè)控制番茄果實(shí)心室數(shù)的位點(diǎn) Fasciated and branched（FAB）和 Fasciated inflorescence（FIN），F(xiàn)AB 編碼 CLV3 的受體激酶 CLV1，而 FIN 編碼一個(gè)可以對(duì) CLV3 進(jìn)行翻譯后 修飾的阿拉伯糖基轉(zhuǎn)移酶。 

番茄的馴化改良除了使果實(shí)變得更大，也極大增加了果實(shí)形狀的多樣性。野生番茄果實(shí)一般為圓形，而現(xiàn)代栽培番茄的果實(shí)形狀各異，可以分為圓形、橢圓形、扁圓形、矩形、長(zhǎng)形、梨形、心形和牛心形等8個(gè)類(lèi)型。目前已克隆或精細(xì)定位的5個(gè)控制果形的基因 LC、FAS、OVATE、SUN 和 FS8.1 可以解釋大部分栽培番茄果形的變異。lc 和 fas 通過(guò)增加果實(shí)的心室數(shù)使果實(shí)變扁，而 OVATE、 SUN 和 FS8.1 主要控制果實(shí)的伸長(zhǎng)。OVATE 編碼一個(gè)果實(shí)伸長(zhǎng)的負(fù)調(diào)控因子，該基因的突變導(dǎo)致番茄果實(shí)呈梨形（Liu et al.，2002）。值得注意的是，并非所有含 ovate 突變的遺傳背景都呈梨形，說(shuō)明 ovate 可以和基因組中其它位點(diǎn)互作導(dǎo)致梨形果實(shí)的形成。Sun 在促進(jìn)果實(shí)伸長(zhǎng)方面比 ovate 效應(yīng)更強(qiáng)，Sun 位點(diǎn)突變是由于逆轉(zhuǎn)錄轉(zhuǎn)座子 Rider 介導(dǎo)的一個(gè) 24.7 kb 片段的重復(fù)使得 IDQ12 基因表達(dá)上升所致（Xiao et al.，2008）。fs8.1 是另一個(gè)控制果實(shí)伸長(zhǎng)的 QTL，該位點(diǎn)主要控制矩形番茄（常 見(jiàn)于加工番茄品種）的形成，Sun 等（2015）已將 FS8.1 定位到 8 號(hào)染色體一個(gè) 3.03 Mb 的區(qū)段內(nèi)， 預(yù)計(jì)很快會(huì)被克隆。就馴化進(jìn)程而言，Rodriguez 等（2011）通過(guò)分析 368 份番茄種質(zhì)資源中 LC、 FAS、OVATE 和 SUN 突變等位基因的分布和頻率，研究了番茄果形的馴化歷史，發(fā)現(xiàn) lc、ovate 和 fas 突變發(fā)生在番茄馴化的早期，而 Sun 突變很可能是在番茄傳入歐洲以后才產(chǎn)生。相比而言，lc 突變的產(chǎn)生比 ovate 和 fas 更早。 

2.2 果實(shí)成熟 

近20年來(lái)，人們?cè)诜阎需b定、克隆了一系列果實(shí)成熟相關(guān)的基因，并對(duì)番茄果實(shí)成熟的遺 傳調(diào)控機(jī)制進(jìn)行了深入研究。番茄是典型的呼吸躍變型果實(shí)，其成熟嚴(yán)格依賴(lài)于乙烯的合成及信號(hào)傳導(dǎo)。已有研究表明，果實(shí)成熟突變體 Never ripe（Nr）、Green ripe（Gr） 和 yellow fruited tomato 1（yft1）均是由于乙烯信號(hào)傳導(dǎo)受阻而無(wú)法正常成熟。其中 NR 編碼乙烯受體之一 LeETR3；GR 編碼擬南芥 RTE1的同源蛋白，RTE1 蛋白被報(bào)道可與乙烯受體 AtETR1 互作并修飾 AtETR1 的活性；YFT1則編碼乙烯信號(hào)途徑重要調(diào)控因子EIN2。其它一些參與乙烯合成和信號(hào)傳導(dǎo)的基因，如 ACS2、 ACS4、ACO、EIL1 等，也在番茄果實(shí)成熟過(guò)程中發(fā)揮重要作用。另外3個(gè)番茄突變體 ripening inhibitor（rin）、non-ripening（nor）和 Colorless non-ripening（Cnr）在果實(shí)成熟方面具有類(lèi)似的特點(diǎn)：（1）果實(shí)不能正常成熟；（2）無(wú)法合成果實(shí)成熟必需的乙烯；（3）外源施加乙烯也不能成熟，說(shuō)明這3個(gè)基因可能作用于乙烯的上游，通過(guò)依賴(lài)和不依賴(lài)乙烯的信號(hào)途徑調(diào)控果實(shí)成熟。圖位克隆分析顯示 RIN 編碼一個(gè) MADS-box 轉(zhuǎn)錄因子，Nor 編碼一個(gè) NAC 轉(zhuǎn)錄 因子，而 Cnr 則是一個(gè)表觀遺傳突變，該突變是由于一個(gè) SBP 類(lèi)型的轉(zhuǎn)錄因子基因啟動(dòng)子區(qū)域DNA甲基化升高導(dǎo)致的。上述 3 個(gè)突變體除了不能合成乙烯，在果實(shí)軟化、類(lèi)胡蘿卜素積累、風(fēng)味物質(zhì)合成等方面也受到明顯的抑制。染色質(zhì)免疫共沉淀試驗(yàn)顯示 RIN 可以直接調(diào)控一系列成熟相關(guān)基因的表達(dá)，包括乙烯合成相關(guān)基因（ACS2、ACS4 和 ACO1），細(xì)胞壁代謝相關(guān)基因（PG2a 和 EXP1），類(lèi)胡蘿卜素合成基因（PSY1 和 PDS），風(fēng)味物質(zhì)合成相關(guān)基因（TomLoxC、ADH2 和 HPL）以及一些果實(shí)成熟相關(guān)的轉(zhuǎn)錄因子基因等。值得注意的是，rin 和 nor 突變體被育種家廣泛用于延長(zhǎng)番茄貨架期和提高果實(shí)硬度，rin 主要用于大果番茄，而 nor 主要應(yīng)用于櫻桃番茄。 在番茄中還鑒定到另外一些調(diào)控果實(shí)成熟的轉(zhuǎn)錄因子，如 TOMATO AGAMOUS-LIKE1 （TAGL1）、FRUITFULL（FUL1 和 FUL2）、HD-Zip homeobox protein（LeHB-1）和 APETALA2a （AP2a）。

近年來(lái)番茄果實(shí)成熟的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)已基本掌握，但仍有一些關(guān)鍵問(wèn)題尚待探究，例如激 活果實(shí)成熟過(guò)程的發(fā)育信號(hào)到底是什么，果實(shí)成熟過(guò)程中乙烯的大量合成是如何被開(kāi)啟的，乙烯的 大量合成是果實(shí)成熟的原因還是結(jié)果。 

2.3 顏色形成 

目前番茄中已克隆多個(gè)果肉顏色發(fā)生變化的突變體，其中6個(gè)是由于類(lèi)胡蘿卜素合成途徑的酶突變引起的。yellow flesh 為黃色果肉，由八氫番茄紅素合成酶基因 PSY1 突變導(dǎo)致；tangerine 和 fruit carotenoid-deficient 為橘黃色果肉，分別由類(lèi)胡蘿卜素異構(gòu)酶基因 CRTISO 和異戊烯基焦磷酸異構(gòu)酶基因 IDI1 突變導(dǎo)致。兩個(gè)來(lái)源于野生番茄的顯性突變位點(diǎn) Beta 和 Delta 也可使果肉呈橘黃色，其中 Beta 編碼番茄紅素β–環(huán)化酶，而Delta編碼番茄紅素 ε–環(huán)化酶；old gold與Beta互為等位基因，old gold功能缺失突變體 因無(wú)法合成 β–胡蘿卜素而使果肉呈深紅色。番茄白色果實(shí)突變體 lutescent 2 是由于葉綠素缺陷導(dǎo)致的，最近 Barry 等（2012）證明 Lutescent 2 編碼一個(gè)葉 綠體定位的鋅離子金屬蛋白酶。番茄綠果肉突變體 green flesh 是由于STAY GREEN（SGR）基因突變導(dǎo)致的，其果實(shí)在成熟過(guò)程中葉綠素降解不完全，與番茄紅素同時(shí)存在，使得果實(shí)顏色呈現(xiàn)銹紅色 到棕色甚至紫/黑色。 

質(zhì)體（包括葉綠體和有色體）是合成葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的主要場(chǎng)所，果實(shí)中質(zhì)體大小和數(shù)量 的變化也影響番茄果實(shí)的顏色。番茄高色素突變體 high pigment 1（hp1）、high pigment 2（hp2）和 high pigment 3（hp3）中類(lèi)胡蘿卜素含量的增加都?xì)w功于質(zhì)體數(shù)的增多和體積增大。HP1 和 HP2 分別編碼光信號(hào)負(fù)調(diào)控因子（UV-damaged DNA-binding protein 1，DDB1）和 DE-ETIOLATED1（DET1）， 而 HP3 編碼玉米黃質(zhì)環(huán)氧化酶（Zeaxanthin epoxidase，ZEP）。番茄果實(shí)中葉綠體的發(fā)育和葉綠素的分布主要受 Uniform ripening（U）位點(diǎn) 的控制。U 編碼一個(gè) MYB 轉(zhuǎn)錄因子 Golden 2-like 2（GLK2），GLK2 在果實(shí)中的梯度表達(dá)使番茄果肩呈深綠色。GLK2 的功能缺失（u）使果實(shí)整體顏色呈均勻淡綠色（無(wú)深綠色果肩），葉綠體發(fā)育 受損，成熟果實(shí)中色素和糖的積累降低。長(zhǎng)期以來(lái)，在人們追求番茄果實(shí)均勻 著色的育種實(shí)踐中，U 位點(diǎn)受到了強(qiáng)烈的選擇，現(xiàn)代栽培番茄中很多品種因不含有功能性 GLK2而無(wú)法形成綠色果肩。盡管這種選擇使得番茄果實(shí)著色更加均勻，但選擇的代價(jià)就是番茄的品質(zhì)受到 很大影響。與 u 類(lèi)似，另一個(gè)番茄果色突變體 uniform gray-green（ug）的未成熟果實(shí)也無(wú)綠肩。近期的研究表明UG編碼一個(gè)KNOX轉(zhuǎn)錄因子TKN4，TKN4作用于 GLK2 的上游調(diào)控番茄果實(shí)中葉 綠素的梯度分布。 

普通紅果番茄的果皮為黃色，主要是由于柚皮素查耳酮等物質(zhì)的積累所致。在粉果番茄中，果 皮因無(wú)法積累柚皮素查耳酮等物質(zhì)而使得果實(shí)整體顏色呈現(xiàn)為粉色。Yellow 決定著果皮中柚皮素查耳酮等物質(zhì)的積累與否，盡管前期研究表明 Yellow 編碼一個(gè) MYB 轉(zhuǎn)錄因子 SlMYB12，但導(dǎo)致該基因在粉果中失活的變異位點(diǎn)一直不清楚。最近，中國(guó)科學(xué)家通過(guò)全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn) SlMYB12 啟動(dòng)子區(qū)域一個(gè) 603 bp 缺失導(dǎo)致該基因表達(dá)下降是粉果形成的主要原因。大多數(shù)栽培番茄果皮中并不積累花青素，但野生番茄 Aubergine （Abg）、Anthocyanin fruit（Aft）和 atroviolaceum（atv）等位點(diǎn)的滲入重新賦予栽培番茄合成花青 素的能力，使其果皮中積累花青素，形成紫色番茄。目前 ABG、AFT 和 ATV 還未被克隆，有證據(jù)顯示 AFT 可能編碼花青素合成途徑中的調(diào)控因子 SlANT1 或 SlAN2。 

2.4 風(fēng)味品質(zhì)及單性結(jié)實(shí) 

現(xiàn)代栽培番茄的風(fēng)味品質(zhì)下降主要是由于野生抗病位點(diǎn)滲入導(dǎo)致的連鎖累贅，貨架期延長(zhǎng)帶來(lái)的負(fù)面效應(yīng)以及 uniform ripening 的應(yīng)用等。番茄果實(shí)的風(fēng)味品質(zhì)是復(fù)雜的數(shù)量性狀，受到糖、酸， 糖酸比，揮發(fā)性化合物以及果實(shí)質(zhì)地等因素的影響。Brix9-2-5 是一個(gè)重要的控制番茄果實(shí)可溶性固形物含量的QTL位點(diǎn)，該位點(diǎn)最初在潘那利番茄 LA0716 和番茄栽培種 M82 組配的漸滲系群體中被發(fā)現(xiàn)。Brix9-2-5能使葡萄糖含量提高 28%，使果糖含量提高 18%，其編碼一個(gè)質(zhì)外體蔗糖轉(zhuǎn)化酶 Lin5，主要負(fù)責(zé)將蔗糖水解為果糖和葡萄糖。普通栽培番茄果實(shí)主要含果糖和葡萄糖，基本不含蔗糖；而綠果野生種番茄果實(shí)含有蔗糖。Chetelat 等（1995）從野生番茄克梅留斯基（S. chmielewskii）LA1028 中鑒定到一個(gè)調(diào)節(jié)成熟果實(shí)中蔗糖含量的主效QTL位點(diǎn) Sucr （Sucrose accumulator）。SUCR 編碼一個(gè)液泡型蔗糖轉(zhuǎn)化酶，Sucr 位點(diǎn)可以提高成熟果實(shí)中的蔗糖、 總糖和可溶性固形物含量。此外，人們?cè)诙嗝?LA1777 中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)可以增加未成熟果實(shí)淀粉含量和成熟果實(shí)可溶性固形物含量的基因 AGPL1（H），AGPL1 編碼腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的大亞基。目前克隆的與番茄風(fēng)味品質(zhì)相關(guān)的基因還包括控制果實(shí)揮發(fā)性物質(zhì)合成的 AADC、LoxC 和 CXE1（Klee & Tieman，2013）以及控制果實(shí)質(zhì)地的 EXP1、PG2a 和 PL 等。 

單性結(jié)實(shí)育種是現(xiàn)代番茄育種密切關(guān)注點(diǎn)之一。目前已報(bào)道的控制番茄單性結(jié)實(shí)的基因位點(diǎn)有8個(gè)：pat、pat2、pat3/pat4、pat4.1/pat5.1 和 pat4.2/pat9.1。比較有利用價(jià)值的兩個(gè)資源材料為 ‘Severianin’（pat2）和‘RP75/79’（pat3/pat4），主控基因均為隱性。目前這些單性結(jié)實(shí)基因均未被克隆。生長(zhǎng)素和赤霉素在調(diào)控番茄單性結(jié)實(shí)方面發(fā)揮重要作用。生產(chǎn)上人們通常利用生長(zhǎng)素類(lèi)似物 2,4-D 蘸花提高番茄的坐果率（人工單性結(jié)實(shí)），而 pat、pat2、pat3/pat4 單性結(jié)實(shí)的性狀均是由于子房?jī)?nèi)赤霉素含量增加所致。研究表明，生長(zhǎng)素和 赤霉素信號(hào)途徑中的一些基因的突變或沉默也可誘發(fā)番茄的單性結(jié)實(shí)，如 ARF7、ARF8、IAA9 和 DELLA 等。

2.5 株型和花序結(jié)構(gòu) 

番茄莖的分枝模式為典型的合軸分枝，其整個(gè)生長(zhǎng)發(fā)育一直伴隨著營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。SELF-PRUNING（SP）是控制番茄合軸生長(zhǎng)階段從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的重要開(kāi)關(guān)。SP 基因的突變并不影響番茄的開(kāi)花時(shí)間（第一花序前的葉片數(shù)），卻導(dǎo)致合軸單元內(nèi)葉片數(shù)的逐步減少直至兩個(gè)連續(xù)花序出現(xiàn)而封頂。sp 突變體表現(xiàn)為花序間葉片數(shù)變少、花序數(shù)變少以及植株變矮。這種有限生長(zhǎng)類(lèi)型的番茄植株緊湊、果實(shí)成熟期一致、利于果實(shí)的機(jī)械化收獲。SP編碼CETS蛋白家族的一個(gè)成員，通過(guò)拮抗該蛋白家族另一個(gè)成員 SINGLE FLOWER TRUSS（SFT）的活性抑制開(kāi)花信號(hào)。SFT 編碼番茄的開(kāi)花信號(hào)分子成花素 （florigen），SFT 主要在葉片中表達(dá)，可以運(yùn)輸?shù)角o頂端誘導(dǎo)花芽的分化。sft 功能缺失突變體表現(xiàn)為開(kāi)花延遲（15 ~ 20片葉后才形成第一個(gè)單花）、主莖生長(zhǎng)停止后規(guī)律性的合軸單元生長(zhǎng)模式被打破，取而待之的是由單花和葉片組成的營(yíng)養(yǎng)型花序。sft 單突變體和 sft/sp 雙 突變體表型類(lèi)似，說(shuō)明 sp 自封頂?shù)男?yīng)需要功能性 SFT 的存在。SFT（促進(jìn)開(kāi)花）和 SP（抑制開(kāi) 花）在調(diào)控營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)轉(zhuǎn)換的過(guò)程中發(fā)揮重要作用，通過(guò)遺傳操作調(diào)整二者所介導(dǎo)的開(kāi)花 信號(hào)的強(qiáng)度，可以改變番茄的株型和產(chǎn)量。Krieger 等（2010）發(fā)現(xiàn)在有限生長(zhǎng)類(lèi)型（sp- /-）的番茄中，sft 處于雜合狀態(tài)時(shí)（sft– /+，sp– /–）可降低開(kāi)花信號(hào)，抑制sp突變體過(guò)早封頂而導(dǎo)致花序數(shù)增多和產(chǎn)量大幅度提高，證明 SFT 是番茄中一個(gè)超顯性雜種優(yōu)勢(shì)基因。水稻和擬南芥中的研究表明，由成花素、14-3-3 蛋白和 bZIP 轉(zhuǎn)錄因子組裝形成的成花素激活復(fù)合體（florigen activation complex， FAC）可通過(guò)調(diào)控一些花分生組織特性基因的表達(dá)促進(jìn)花分生組織的形成，進(jìn)而誘導(dǎo)開(kāi)花，這種機(jī)制在番茄中也是適用的。Park 等（2014）在篩選 sp 抑制突變體的過(guò)程中鑒定到FAC復(fù)合體中bZIP轉(zhuǎn)錄因子SSP的兩個(gè)突變體 ssp-2129 和 ssp-610。這兩個(gè)突變體由于影響 FAC 復(fù)合體的正常組裝導(dǎo)致開(kāi)花信號(hào)的減弱，將sp有限生長(zhǎng)類(lèi)型恢復(fù)成無(wú)限生長(zhǎng)類(lèi)型，但合軸單元內(nèi)葉片數(shù)（2 片）較普通無(wú)限生長(zhǎng)類(lèi)型少，最終導(dǎo)致番茄花序的密度增大。這種新型的無(wú)限生長(zhǎng)類(lèi)型番茄在提高產(chǎn)量和縮短番茄收獲期方面具有很大的應(yīng)用價(jià)值。此外，把 SFT 和 SSP 不同突變類(lèi)型以雜合體狀態(tài)組合在sp背景中也可以大幅度提高番茄的產(chǎn)量。 

由葉腋分生組織發(fā)育形成的側(cè)枝對(duì)番茄的株型和產(chǎn)量有重要影響，生產(chǎn)上通常采用摘除側(cè)枝等措施進(jìn)行整枝以實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目的。目前已知的控制番茄側(cè)枝形成的基因主要有 LATERAL SUPPRESSOR（LS）、BLIND（BL）和 BRANCHED1（BRC1a/b）。ls 和 bl 突變體中側(cè)枝均不能正常形成，不同的是 ls 僅抑制主莖營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)時(shí)期（第一花序之前）側(cè)枝的形成，而 bl 突變體中合軸分生組織的形成也被阻止，導(dǎo)致合軸單元無(wú)法正常形成，花序形成后即封頂。LS 編碼一個(gè) GRAS 家族的 VHIID 轉(zhuǎn)錄因子，而 BL 則是 R2R3 類(lèi) MYB 轉(zhuǎn)錄因子家族的一員。遺傳分析顯示 LS 和 BL 可能通過(guò)不同的途徑調(diào)控葉腋分生組織的形成。BRC1a/b 是擬南芥 BRANCHED1 的同源基因，編碼 TCP 類(lèi)型的轉(zhuǎn)錄因子，在抑制番茄側(cè)芽外生方面發(fā)揮重要作用。BRC1a/b 主要在主莖休眠的葉腋分生組織中表達(dá)，而不在合軸分生組織中表達(dá)，說(shuō)明主要 控制主莖側(cè)芽的外生。BRC1b 的沉默可促進(jìn)主莖側(cè)芽的外生，而 BRC1a 的效果不明顯，這可能與栽培番茄中BRC1a的表達(dá)更低有關(guān)。Martin-Trillo等（2011）發(fā)現(xiàn)含有潘那利番茄 BRC1a 基因的漸 滲系 IL3-5 中 BRC1a 的表達(dá)比其野生型 M82 高 4 倍，側(cè)芽的外生也顯著減少，暗示栽培番茄中 BRC1a 表達(dá)量的下降以及側(cè)芽更易外生可能是馴化選擇的結(jié)果。 

與莖的發(fā)育模式類(lèi)似，番茄花序也遵循合軸發(fā)育的模式。番茄突變體 compound inflorescence（s）、 anantha（an）和 falsiflora（fa）均表現(xiàn)為高度分枝的花序結(jié)構(gòu)。所不同的是，an 和 fa 由于成花能力的喪失，使得側(cè)生合軸花序分生組織無(wú)限制地形成，導(dǎo)致花椰菜型花序（an）和營(yíng)養(yǎng)型花序（fa）的形成；而s突變體仍能成花，只是花序分生組織向花分生組織的轉(zhuǎn)化速度變慢，每產(chǎn)生 2 ~ 4 個(gè)合軸花序分生組織才能形成一個(gè)花，最終導(dǎo)致復(fù)狀花序的形成，栽培番茄中絕大多數(shù)復(fù)狀花序均由于S基因突變導(dǎo)致。S編碼 WUSCHEL-RELATED HOMEOBOX 9（WOX9），而AN和FA分別編碼一個(gè) F-box 蛋白 UNUSUAL FLORAL ORGANS（UFO）和轉(zhuǎn)錄因子 LEAFY。S 主要在初生花序分生組織中表達(dá)，控制其向花分生組織的轉(zhuǎn)化；而 AN 和 FA 主要在花分生組織表達(dá)，控制花分生組織的形成。與s、an和fa不同，早花突變體 terminating flower（tmf）的花序結(jié)構(gòu)為單式花。tmf 突變體中AN和FA等花分生組織決定基因在莖端分生組織過(guò)早表達(dá)，從而喪失了形成新的合軸花序分生組織的能力。TMF編碼 ALOG（Arabidopsis LIGHT-SENSITIVE HYPOCOTYL 1，Oryza G1）蛋白家族的一個(gè)成員，在莖頂端表達(dá)，主要功能是維持營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)而防止過(guò)早成花。番茄果梗無(wú)離層突變體 jointless（j）由于一個(gè) MADS-box 基因突變導(dǎo)致花序形成1 ~ 3朵花后便轉(zhuǎn)回營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。J 主要在花序分生組織表達(dá)， 防止其轉(zhuǎn)回營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)以及防止其向花分生組織過(guò)早轉(zhuǎn)化。如前所述，番茄晚花突變體 sft 和 fa 均不同程度地表現(xiàn)為營(yíng)養(yǎng)型花序，說(shuō)明成花信號(hào)在莖端 分生組織和合軸花序分生組織中抑制營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的機(jī)制是通用的。 

2.6 花器官發(fā)育與雄性不育 

番茄花器官由同心圓的四輪結(jié)構(gòu)：第一輪萼片、第二輪花瓣、第三輪雄蕊和第四輪心皮組成。 Coen 和 Meyerowitz（1991）提出了控制花器官發(fā)育的ABC模型：A類(lèi)基因在第一、二輪花器官中 表達(dá)，B類(lèi)基因在第二、三輪花器官中表達(dá)，而C類(lèi)基因則在第三、四輪花器官中表達(dá)。A類(lèi)基因單獨(dú)決定萼片的形成，A 類(lèi)和 B 類(lèi)基因聯(lián)合控制花瓣的形成，B類(lèi)和C類(lèi)基因共同決定雄蕊的形成，C類(lèi)基因單獨(dú)調(diào)控心皮的形成，A類(lèi)與C類(lèi)基因相互抑制。之后人們將D類(lèi)基因和E類(lèi)基因加入ABC模型，擴(kuò)展為ABCDE模型。 

人們已在番茄中鑒定到多個(gè)控制花器官形成的同源異型基因。MACROCALYX是擬南芥A類(lèi)基因 AP1 的同源基因，該基因突變導(dǎo)致葉狀萼片的形成。番茄B類(lèi)基因有 Tomato MADS box gene 6（TM6）、Tomato APETALA3（TAP3）、Tomato PISTILLATA（TPI）以及 TPIB。其中番茄無(wú)雄蕊突變體 stamenless 是由于 TAP3 突變導(dǎo)致的。 番茄中尚未發(fā)現(xiàn) C 類(lèi)基因發(fā)生突變的突變體，但人們通過(guò)反向遺傳學(xué)手段證明 C 類(lèi)基因 TOMATO AGAMOUS 1（TAG1）在雄蕊和心皮的發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用。此外，番茄中鑒定到的影響花器官形成的同源異型基因還有 TM5、TM4、TAGL1、TAGL2、TAGL11 和 TAGL12 等。 

目前番茄中已發(fā)現(xiàn)的雄性不育材料主要分為結(jié)構(gòu)不育（如無(wú)雄蕊突變體）、功能不育（如花藥不開(kāi)裂和長(zhǎng)花柱突變體）和小孢子不育（包括40余份花粉敗育的突變體材料）等 3 類(lèi)。這其中已克隆的雄性不育基因除了前面提及的 Stamenless，還有 Positional sterility-2（Ps-2）、Style 2.1、Male sterile10-35（Ms10-35）等。其中，Ps-2 編碼一個(gè)多聚半乳糖醛酸酶，控制花藥開(kāi)裂；Style 2.1 編碼一個(gè)包含螺旋—環(huán)—螺旋結(jié)構(gòu)（HLH）的轉(zhuǎn)錄因子，控制花柱的伸長(zhǎng)；Ms10-35 編碼一個(gè)與擬南芥 DYSFUNCTIONAL TAPETUM1 （DYT1 ）和水稻 UNDEVELOPED TAPETUM1（UDT1）同源的 bHLH 轉(zhuǎn)錄因子，控制雄蕊的減數(shù)分裂和絨氈層發(fā)育。由于這些雄性不育材料各有優(yōu)缺點(diǎn)，限制了其廣泛應(yīng)用。對(duì)現(xiàn)有其它雄性不 育材料的基因克隆以及利用轉(zhuǎn)基因、基因編輯等技術(shù)創(chuàng)制新型雄性不育材料將會(huì)大大推動(dòng)雄性不育 系在番茄雜交制種中的應(yīng)用。 

2.7 復(fù)葉發(fā)育 

目前已發(fā)現(xiàn)并克隆的葉形相關(guān)突變體可大體分為兩類(lèi)：一類(lèi)使葉的復(fù)雜度降低，另一類(lèi)使葉的復(fù)雜度增加。第一類(lèi)突變體包括 potato leaf（c）、trifoliate（tf）、Lanceolate（La）、goblet（gob）、 entire（e）以及 procera（pro）。C 編碼一個(gè) R2R3 MYB 轉(zhuǎn)錄因子，與側(cè)枝形成調(diào)控因子 BLIND（BL） 高度同源，該基因的突變導(dǎo)致番茄葉片復(fù)雜度降低，與馬鈴薯葉形類(lèi)似。TF 同樣編碼一個(gè) R2R3 MYB 類(lèi)型的轉(zhuǎn)錄因子，該基因的突變不但影響番茄復(fù)葉中小葉的形成，還抑制葉腋處側(cè)芽的形成。C 與 TF 的克隆暗示番茄葉形與側(cè)枝形成的調(diào)控機(jī)制具有一 定的保守性。LA 編碼 TCP 轉(zhuǎn)錄因子家族的一員，該基因的編碼區(qū)含有一個(gè) microRNA319 的結(jié)合位點(diǎn)，該結(jié)合位點(diǎn)的堿基變化導(dǎo)致 LA 轉(zhuǎn)錄本更穩(wěn)定（表達(dá)量更高），使得葉片呈披針形；最近的研究表明LA通過(guò)直接調(diào)控MADS box基因MBP20和TM4的表達(dá)調(diào)控復(fù)葉發(fā)育。NAC轉(zhuǎn)錄因子基因 GOBLET 突變導(dǎo)致番茄子葉融合在一起呈高腳杯狀，真葉的復(fù)雜 程度也大大降低，表現(xiàn)為初級(jí)小葉葉緣更加平滑、不能形成二級(jí)小葉等特點(diǎn)。goblet 突變體中葉復(fù)雜度的降低主要是由于小葉的融合引起的。研究表明生長(zhǎng)素途徑負(fù)調(diào)控因子 IAA9 突變導(dǎo)致 entire 突變體的葉形幾近簡(jiǎn)單葉，盡管 IAA9 調(diào)控復(fù)葉發(fā)育的分 子機(jī)理還不清楚，但從側(cè)面反映出生長(zhǎng)素在復(fù)葉發(fā)育過(guò)程中的重要性。赤霉素（GA）負(fù)向調(diào)控番茄葉的復(fù)雜度，外源施加 GA，或赤霉素途徑抑制子 DELLA 蛋白的突變（procera），都使得番茄僅能 形成葉緣平滑的初級(jí)小葉。 

另一類(lèi)突變體，如 Mouse ear（Me）、Curl（Cu）、bipinnata（bip）、Peteroselinum（Pts）等使番茄葉的復(fù)雜度增加。Me 是在栽培番茄品種 Rutgers 中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)葉復(fù)雜度增加的顯性突變體，可以形成 3 ~ 4 級(jí)的小葉，與過(guò)量表達(dá)KNOXI基因TKN2/LeT6的轉(zhuǎn)基因番茄類(lèi)似。分子檢測(cè)顯示該突變體的表型是由于 PFP（編碼焦磷酸依賴(lài)性磷酸果糖激酶的β亞基）與 TKN2 基因融合引起的 TKN2 表達(dá)量升高所致。另一個(gè)顯性突變體 Cu 也是由于 TKN2 異常表達(dá)所致。KNOXI 蛋白的活性會(huì)受到 BELL 家族蛋白的調(diào)控，番茄 BELL 家族成員 BIPINNATA （BIP）可以與 TKN2 互作，并影響 TKN2 的亞細(xì)胞定位。bip 突變體葉的復(fù)雜性增加，并伴隨另一 個(gè) KNOXI 基因 TKN1 的表達(dá)上調(diào)，表明 KNOXI-BIP 互作抑制 KNOXI 的活性。 S. galapagense 來(lái)源的顯性突變 Pts 同樣導(dǎo)致 TKN1 的表達(dá)上調(diào)和葉復(fù)雜度增加。PTS 編碼一個(gè)缺少同源異型結(jié)構(gòu)域的新型 KNOX 蛋白，PTS 可以干擾 TKN2 與 BIP 的互作。Kimura 等（2008）認(rèn)為 Pts 突變體中 PTS 的過(guò)量表達(dá)抑制 TKN2-BIP 互作，使得 TKN2 的活性得以釋放，導(dǎo)致葉復(fù)雜度增 加。上述結(jié)果說(shuō)明 KNOXI 基因表達(dá)及活性的精細(xì)調(diào)控對(duì)復(fù)葉的發(fā)育至關(guān)重要。另外兩個(gè)已克隆的使葉復(fù)雜度增加的突變體是 clausa（clau）和 lyrate（lyr）。研究表明，CLAU 編碼一個(gè) MYB 轉(zhuǎn)錄因子，通過(guò)影響細(xì)胞分裂素信號(hào)途徑促進(jìn)復(fù)葉分化；而 LYR 編碼一個(gè)鋅指蛋白，通過(guò)正調(diào)生長(zhǎng)素信號(hào)及負(fù)調(diào) KNOXI 基因表達(dá)發(fā)揮作用。David-Schwartz 等（2009）認(rèn)為復(fù)葉與單葉的形態(tài)差異可能與進(jìn)化導(dǎo)致的 LYRATE 表達(dá)差異有關(guān)。

2.8 對(duì)病蟲(chóng)害的抗性及其它 

現(xiàn)代栽培番茄品種抗病基因或位點(diǎn)大多來(lái)源于野生番茄。早在 20 世紀(jì) 30 年代，人們就嘗試將 醋栗番茄（S. pimpinellifolium）抗葉霉病基因轉(zhuǎn)入栽培番茄。迄今為止，大約有 30 個(gè)主要抗病蟲(chóng)害 的基因或 QTL 被克隆或精細(xì)定位。這其中，抗細(xì)菌/真菌病害基因 Prf、I-2、Ph-3 與抗病毒病基因 Tm22 、Sw-5 以及抗線蟲(chóng)基因 Mi-1.2、Hero 均屬于典型的 NBS-LRR 類(lèi)抗病基因，暗示植物在抵抗不同生物脅迫時(shí)采用類(lèi)似的防御策略。番茄與細(xì)菌性斑點(diǎn)病致病菌（Pseudomonas syringae）以及葉霉病致病菌（Cladosporium fulvum）的互作是研究植物抗病分子機(jī)制的模式系統(tǒng)，近年來(lái)相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展使人們對(duì)這兩種病原菌的致病及番茄抗病機(jī)理有了更深入的認(rèn)識(shí)。相比而言，人們對(duì)于番茄與其它病原菌、昆蟲(chóng)互作的分子機(jī)制的了解較少，很多研究?jī)H限于對(duì)抗病基因的定位與克隆，一些病害甚至尚未鑒定到有效的抗源或主效抗病位點(diǎn)。由于病蟲(chóng)害抗性多是受單基因或主效位點(diǎn)控制的質(zhì)量性狀，抗病育種已成為分子標(biāo)記輔助將野生番茄有利位點(diǎn)導(dǎo)入栽培番茄最成功的領(lǐng)域。盡管如此，野生番茄抗病位點(diǎn)滲入所帶來(lái)的連鎖累贅限制了番茄的進(jìn)一步改良，分析這些滲入片段的長(zhǎng)度和在基因組中的精確位置有利于將連鎖累贅的限制降至最低。 

目前已克隆的番茄其它農(nóng)藝性狀相關(guān)的基因或QTL還包括耐受持續(xù)光照的 chlorophyll a/b binding protein 13（CAB-13）、控制花粉單向不親和性的 Unilateral incompatibility1.1（Ui1.1）和 Ui6.1、 控制種子大小的 Seed weight 4.1（Sw4.1）、控制表皮毛發(fā)生的 Woolly（Wo）以及抑制寄生植物大花 菟絲子生長(zhǎng)的 CUSCUTA RECEPTOR 1（CuRe1）等。

3 番茄分子育種現(xiàn)狀 

3.1 番茄分子標(biāo)記育種現(xiàn)狀 

番茄是最早構(gòu)建遺傳連鎖圖譜的作物之一，也是最早進(jìn)行圖位克隆和 QTL 定位的作物之一。 早在 1992 年，Tanksley 等（1992）就構(gòu)建了番茄第一張高密度遺傳連鎖圖譜。此后，人們利用栽培番茄和不同野生番茄的分離群體構(gòu)建了多張分子遺傳圖譜，極大推動(dòng)了QTL的定位、克隆以及分子標(biāo)記在番茄遺傳改良中的應(yīng)用，涉及的基因包括：抗細(xì)菌性斑點(diǎn)病基因 Pto，抗青枯病基因 Bwr-12， 抗瘡痂病基因 Rx-3，抗枯萎病基因 I、I-2 和 I-3，抗葉霉病基因 Cf-2、4、5、9，抗灰葉斑基因 Sm， 抗晚疫病基因 Ph-2 和 Ph-3，抗黃萎病基因 Ve，抗煙草花葉病毒基因 Tm-22 ，抗黃化曲葉病毒基因 Ty-1、Ty-2 和 Ty-3，抗斑萎病毒基因 Sw-5，抗根結(jié)線蟲(chóng)基因 Mi-1.2，遲熟基因 Rin 和 Nor，綠果肩基因 U 以及自封頂基因 Sp 等。除了輔助選擇育種，人們還利用分子標(biāo)記技術(shù)進(jìn)行番茄基因聚合育種。Gur 和 Zamir（2004）將來(lái)自 S. pennellii 的 3 個(gè)染色體片段聚合到加工番茄品種 M82 中，育成了 IL789 品系。在濕潤(rùn)和干旱條件下，IL789 雜合體均可顯著提高產(chǎn)量（Gur & Zamir，2004）。Hanson 等（2016）綜合利用分子標(biāo)記輔助選擇和表型鑒定等方法對(duì)番茄抗晚疫病基因 Ph-2 和 Ph-3、抗黃花曲葉病基因 Ty-1、抗青枯病基因 Bwr-12、抗枯萎病基因 I2、抗煙草花葉病毒基因 Tm-22 以及抗灰 葉斑基因 Sm 進(jìn)行聚合，獲得了 5 份兼抗6種病害的育種材料。番茄基因組測(cè)序完成后，科學(xué)家們利用基因組重測(cè)序和高通量分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)番茄馴化和改良的進(jìn)化歷史進(jìn)行了研究。Lin 等（2014）對(duì)來(lái)自世界各地的 360 份番茄種質(zhì)資源進(jìn)行重測(cè)序分析，構(gòu)建了單核苷酸分辨率的番茄變異組圖譜， 解析了番茄馴化和育種的基因組歷史，結(jié)果支持櫻桃番茄（Solanum lycopersicum var. cerasiforme） 是由醋栗番茄（Solanum pimpinellifolium）馴化而來(lái)，而普通大果番茄則是由櫻桃番茄進(jìn)一步改良而來(lái)。此外，Lin 等（2014）還發(fā)現(xiàn)番茄的馴化、改良以及野生資源的利用共導(dǎo)致了約 25%（200 Mb） 的基因組區(qū)域被固定，利用常規(guī)手段很難再對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行改良。 

野生資源優(yōu)良性狀的轉(zhuǎn)育存在著諸多障礙，如雜交不親和、F1 雜種不育、分離世代不育、種間重組率降低導(dǎo)致的連鎖累贅等，這些障礙使得野生資源利用主要集中在單基因控制的抗病、抗蟲(chóng)性狀。利用野生資源改良產(chǎn)量、品質(zhì)、抗逆性的難度較大，因?yàn)檫@些性狀的遺傳方式復(fù)雜，受 QTL 互作和 QTL 與環(huán)境互作等因素影響，難以從表現(xiàn)型推斷基因型，選擇效率也必然降低。Eshed 和 Zamir （1994）提出用分子標(biāo)記輔助選擇手段構(gòu)建覆蓋整個(gè)野生種基因組的漸滲系群體（Introgression lines， ILs）來(lái)克服上述限制。漸滲系群體是由供體（野生種）和受體（栽培種）雜交后進(jìn)行多次回交并輔 之于分子標(biāo)記選擇，最后再自交產(chǎn)生的。理想的漸滲系群體應(yīng)該覆蓋供體的全部基因組，而且每個(gè)個(gè)體只含有供體的單一染色體片段。番茄是最早用分子標(biāo)記輔助選擇構(gòu)建單片段漸滲系的作物，也是目前應(yīng)用漸滲系進(jìn)行 QTL 研究和野生資源利用最深入的作物。Eshed 和 Zamir（1994）以潘那利番茄（S. pennellii）材料 LA716 為供體，以栽培番茄 M82 為受體構(gòu)建了番茄中第一套 IL 群體，這 套 IL 群體最初由 50 個(gè)漸滲系組成，每個(gè)漸滲系含有由 RFLP 標(biāo)記界定的來(lái)自 S. pennellii LA716 的 染色體單片段。Liu 和 Zamir 等（1999）從這 50 個(gè)系中又再次分解了 26 個(gè)新的漸滲系。這套包含 76 個(gè)漸滲系的 S. pennelli IL 群體已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于番茄產(chǎn)量、果實(shí)品質(zhì)、耐生物和非生物脅迫等性 狀的 QTL 定位與分析。最近，Alseekh 等（2013）利用 COSII 和 SSR 等標(biāo)記將其中 37 個(gè)包含較大 S. pennellii 染色體片段的漸滲系進(jìn)一步分解，獲得了 285 個(gè)新的漸滲系，可以覆蓋 S. pennellii 基因 組的 75%，這套高分辨率的 IL 群體為微效 QTL 的定位以及 QTL 的互作分析提供了新的遺傳工具。此外，近年來(lái)人們借助分子標(biāo)記輔助選擇手段構(gòu)建了多套栽培番茄和野生番茄（如 S. habrochaites， S. chmielewskii，S. lycopersicoides，S. pimpinellifolium 等）雜交產(chǎn)生的漸滲系或回交自交系群體，這 些群體被廣泛應(yīng)用于基因的精細(xì)定位、QTL 的遺傳效應(yīng)分析以及野生番茄優(yōu)良性狀的篩選與利用。 

3.2 番茄基因組編輯育種現(xiàn)狀

自 20 世紀(jì) 80 年代末期，人們開(kāi)始利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)對(duì)栽培番茄進(jìn)行遺傳改良。1994 年，美國(guó) Calgene 公司研發(fā)的轉(zhuǎn)基因耐貯番茄 FLAVR SAVR 被批準(zhǔn)在美國(guó)上市，成為全球首例商業(yè)化生產(chǎn)的 轉(zhuǎn)基因作物。FLAVR SAVR 的研發(fā)思路是通過(guò)調(diào)控多聚半乳糖醛酸酶的表達(dá)，延遲番茄軟化過(guò)程，從而延長(zhǎng)其貨架壽命，達(dá)到耐貯藏的目的。中國(guó)的華中農(nóng)業(yè)大學(xué)亦在 1990 年開(kāi)始轉(zhuǎn)基因耐貯藏番茄的研發(fā)，在 1996 年獲農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生物基因工程安全委員會(huì)批準(zhǔn)，成為中國(guó)首個(gè)批準(zhǔn)的可商品化生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)生物基因工程產(chǎn)品。該轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品是將乙烯合成酶的反義基因?qū)氲椒阎校种埔蚁┑暮铣桑_(dá)到延熟的效果。利用該轉(zhuǎn)基因材料選育的耐貯藏雜種一代番茄于1998年通過(guò)了湖北省農(nóng)作物 品種審定委員會(huì)審定，定名為‘華番 1 號(hào)’，商品名為百日鮮，成為中國(guó)首個(gè)農(nóng)作物基因工程品種。除了耐貯藏番茄，人們還利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)制了各種抗病、抗蟲(chóng)、抗除草劑、單性結(jié)實(shí)和品質(zhì)得以改良的番茄新種質(zhì)。例如，Butelli 等（2008）將金魚(yú)草中的兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子基因Delila和Rosea1導(dǎo)入番茄，獲得了果皮和果肉均大量積累花青素的紫色番茄，罹患癌癥的小鼠食用這種紫色番茄后壽命顯著增加，說(shuō)明這種轉(zhuǎn)基因番茄可能具有抗癌的功效。盡管近年來(lái)轉(zhuǎn)基因番茄的研究發(fā)展迅速，但由于公眾對(duì)轉(zhuǎn)基因安全性的疑慮以及其它原因，目前轉(zhuǎn)基因番茄的推廣應(yīng)用處于低谷狀態(tài)。

與轉(zhuǎn)基因育種相比，TILLING（定向誘導(dǎo)基因組局部突變）和基因組編輯技術(shù)不涉及轉(zhuǎn)基因安全性問(wèn)題。Mazzucato 等（2015）利用 TILLING 技術(shù)在人工誘變的加工番茄 Red Setter 突變體庫(kù)中鑒定到1份 IAA9 基因的突變材料 iaa9-618，與野生型 Red Setter 相比，iaa9-618 單性結(jié)實(shí)率大幅度提高，可應(yīng)用于單性結(jié)實(shí)育種。Minoia 等（2016）采用類(lèi)似的策略鑒定到兩份 EXP1 基因發(fā)生突變的番茄材料，這兩份材料顯著提高了果實(shí)硬度。以 CRISPR/CAS9 為代表的基因組編輯技術(shù)是近年來(lái)分子育種領(lǐng)域的熱點(diǎn)技術(shù)。與 TILLING 相比，該技術(shù)無(wú)需構(gòu)建突變體庫(kù)，可在 1 ~ 2 年時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)核心親本目標(biāo)性狀的快速改良；而與傳統(tǒng)回交育種相比，CRISPR/CAS9 又不存在連鎖累贅等問(wèn)題，理論上可對(duì)基因組中的任意基因進(jìn)行操作。番茄中已有應(yīng)用 CRISPR/CAS9 技術(shù)對(duì)基因組進(jìn)行編輯的報(bào)道，Xu 等（2015）利用該技術(shù)對(duì) CLV3 進(jìn)行基因編輯，使得番茄果實(shí)的心室數(shù)顯著增加；Uluisik 等（2016）通過(guò)對(duì) PL 進(jìn)行編輯顯著提高了果實(shí)的硬度。該技術(shù)在番茄重要農(nóng)藝性狀改良方面具有巨大的應(yīng)用潛力，例如可以利用該技術(shù)對(duì)紅果番茄品種中控制類(lèi)黃酮合成的 MYB12 基因進(jìn)行敲除， 創(chuàng)制粉果番茄；對(duì)控制番茄紅素合成的 HP1 基因進(jìn)行敲除，創(chuàng)制高番茄紅素番茄；對(duì)控制綠肩形成 的 U 基因進(jìn)行敲除，創(chuàng)制無(wú)綠肩的番茄新種質(zhì)等等。 

4 展望：中國(guó)番茄分子育種發(fā)展的幾點(diǎn)建議 

4.1 建立高效的分子育種組織體系和技術(shù)體系 

作物分子育種體系中，從種質(zhì)資源搜集到新基因發(fā)掘，再到品種培育及其產(chǎn)業(yè)化，是一個(gè)完整的鏈條。強(qiáng)大的育種產(chǎn)業(yè)必須是從上游到下游的創(chuàng)新鏈條，各環(huán)節(jié)協(xié)同分工，目標(biāo)一致。在美國(guó)和歐洲的跨國(guó)公司里，盡管各個(gè)環(huán)節(jié)各有其不同的重點(diǎn)研發(fā)內(nèi)容，培育突破性新品種并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)貫穿始終，各環(huán)節(jié)間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫鏈接，形成了“基礎(chǔ)研究、標(biāo)記開(kāi)發(fā)、基因克隆、遺傳轉(zhuǎn)化、品種培育、產(chǎn)品推廣”的完整產(chǎn)業(yè)技術(shù)研發(fā)體系。

在中國(guó)，目前的作物分子育種隊(duì)伍較為分散，零星存在于農(nóng)業(yè)大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)，產(chǎn)業(yè)和研發(fā)集中度太低，低水平重復(fù)嚴(yán)重，各單位之間相對(duì)封閉，技術(shù)和材料交流不暢，不能有效地凝聚成合力。 同時(shí)，中國(guó)缺少大規(guī)模高效率的國(guó)家級(jí)分子育種平臺(tái)，致使分子育種效率較低。由此可見(jiàn)，除了加強(qiáng)對(duì)作物分子育種的經(jīng)費(fèi)資助強(qiáng)度外，中國(guó)需要?jiǎng)?chuàng)新作物分子育種組織實(shí)施機(jī)制。例如，鼓勵(lì)種子企業(yè)從事分子育種，建立一流生物技術(shù)企業(yè)的孵化機(jī)制；建立知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和資源共享機(jī)制，建立上中下游結(jié)合，產(chǎn)學(xué)研用聯(lián)合的實(shí)施機(jī)制，實(shí)行政府引導(dǎo)，企業(yè)主導(dǎo)和市場(chǎng)運(yùn)作的產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行模式等。具體到番茄種業(yè)來(lái)說(shuō)，可以以中國(guó)園藝學(xué)會(huì)番茄分會(huì)或中國(guó)番茄種業(yè)聯(lián)盟為組織框架，整合各科研院所、種業(yè)公司的優(yōu)勢(shì)力量和資源（包括人才、種質(zhì)、技術(shù)、設(shè)備和資金資源），建立公共的分子育種技術(shù)平臺(tái)、種質(zhì)資源創(chuàng)新平臺(tái)、種子質(zhì)量檢測(cè)平臺(tái)、生物信息分析平臺(tái)等，聯(lián)合開(kāi)展種質(zhì)原始創(chuàng)新、技術(shù)集成創(chuàng)新和品種自主創(chuàng)制，研發(fā)高端番茄品種，打造繁育推一體化、產(chǎn)供銷(xiāo)一條龍的 番茄生產(chǎn)鏈體系，推動(dòng)中國(guó)番茄種業(yè)向前發(fā)展。 

4.2 重視種質(zhì)資源評(píng)價(jià)、創(chuàng)制及野生資源利用 

優(yōu)異種質(zhì)資源的創(chuàng)制是育種的核心動(dòng)力。中國(guó)從事番茄育種研究的各級(jí)科研院所、大學(xué)以及種子公司有上百家，每家各自擁有數(shù)百甚至上千份番茄種質(zhì)資源和育種材料，保守估計(jì)全國(guó)引種保存的番茄原始材料已超過(guò)10000份，育種材料更是數(shù)不勝數(shù)。但是由于缺乏對(duì)這些種質(zhì)資源的遺傳多樣性分析、精準(zhǔn)表型鑒定和基因型鑒定，每份種質(zhì)資源中所含的基因和等位基因變異尚不清楚，不同等位基因的頻率、分布和效應(yīng)更無(wú)從得知，這已成為開(kāi)發(fā)標(biāo)記、克隆基因和設(shè)計(jì)品種的瓶頸。因此，應(yīng)盡快組織國(guó)內(nèi)番茄遺傳、育種資源的搜集和整理工作，在此基礎(chǔ)上利用分子標(biāo)記技術(shù)對(duì)這些資源進(jìn)行系統(tǒng)的基因型和遺傳多樣性分析，構(gòu)建番茄雜種優(yōu)勢(shì)群，這對(duì)于了解中國(guó)番茄育種材料的遺傳多樣性具有重要意義。立足目前國(guó)內(nèi)外優(yōu)良雜交種的基礎(chǔ)上，根據(jù)生產(chǎn)需求和育種發(fā)展的前景，構(gòu)建復(fù)合雜交群體應(yīng)用于自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心自交系的創(chuàng)制，這對(duì)于培育自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的突破性番茄品種具有極高的應(yīng)用價(jià)值。 

栽培番茄基因組中僅包含野生番茄總遺傳變異的5%，因此野生資源的利用對(duì)于拓寬栽培番茄的遺傳多樣性以及實(shí)現(xiàn)突破性品種的選育至關(guān)重要。目前已構(gòu)建了多套栽培番茄和野生番茄雜交產(chǎn)生的漸滲系群體。引入這些野生資源漸滲系，并通過(guò)分子標(biāo)記技術(shù)將外源有利等位基因?qū)朐耘喾眩瑢O大拓寬番茄種質(zhì)資源的遺傳多樣性，并在提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)、增強(qiáng)抗性等方面發(fā)揮巨大作用。除了野生番茄，番茄“傳家寶”資源（heirloom）在親緣關(guān)系上遠(yuǎn)離現(xiàn)代番茄栽培品種，其園藝學(xué)特征和品質(zhì)特性表現(xiàn)出更豐富的遺傳多樣性，搜集和利用這些遺傳資源對(duì)栽培番茄品質(zhì)改良具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。 

4.3 加強(qiáng)對(duì)重要農(nóng)藝性狀形成的分子機(jī)制的研究 

番茄分子育種技術(shù)體系的建立很大程度上依賴(lài)于人們對(duì)控制重要農(nóng)藝性狀的關(guān)鍵基因或 QTL 功能的認(rèn)知。迄今為止，人們已經(jīng)克隆或精細(xì)定位了 100 余個(gè)番茄農(nóng)藝性狀相關(guān)的基因和 QTL。但目前可通過(guò)分子育種技術(shù)改良的性狀大多是受單基因控制的質(zhì)量性狀。對(duì)于復(fù)雜的農(nóng)藝性狀（如風(fēng)味品質(zhì)和非生物脅迫抗性等），由于缺乏對(duì)其分子遺傳基礎(chǔ)的認(rèn)識(shí)，分子育種目前還難有作為。另外，本文所述的絕大多數(shù)基因的專(zhuān)利權(quán)都掌握在國(guó)外種業(yè)公司和科研機(jī)構(gòu)手中，這嚴(yán)重限制了中國(guó)番茄分子育種的發(fā)展。因此，應(yīng)持續(xù)加大對(duì)分子育種相關(guān)基礎(chǔ)和應(yīng)用基礎(chǔ)研究的投入，深入研究番茄品 質(zhì)和非生物脅迫抗性等性狀形成的遺傳和分子基礎(chǔ)，快速克隆一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的有利用價(jià)值的新基因，闡明基因在種質(zhì)資源中的各種等位變異類(lèi)型及其遺傳效應(yīng)，為分子標(biāo)記育種、基因組編 輯育種和分子設(shè)計(jì)育種提供標(biāo)記、基因和其它遺傳信息。 

4.4 關(guān)注分子育種新技術(shù)新方法的發(fā)展和應(yīng)用 

除了本文所述的分子標(biāo)記技術(shù)和基因組編輯技術(shù)，目前國(guó)際上普遍使用或正在發(fā)展的分子育種技術(shù)還包括新一代測(cè)序技術(shù)、全基因組選擇技術(shù)、MutMap、雙單倍體育種、轉(zhuǎn)基因嫁接、反向育種、 寡核苷酸引導(dǎo)的突變、RNA 介導(dǎo)的 DNA 甲基化等技術(shù)，這些新育種技術(shù)的應(yīng) 用以及生物信息統(tǒng)計(jì)分析方法的飛速發(fā)展將推動(dòng)作物遺傳育種進(jìn)入一個(gè)嶄新的時(shí)代。 

因此，應(yīng)重視對(duì)分子育種新技術(shù)新方法的發(fā)展、創(chuàng)新和應(yīng)用，不斷促進(jìn)中國(guó)分子育種的技術(shù)升級(jí)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展。育種過(guò)程的信息化管理是現(xiàn)代化商業(yè)育種的重要特征之一，國(guó)際知名育種公司已建立了高效的育種信息化管理平臺(tái)。相比而言，國(guó)內(nèi)種業(yè)在育種數(shù)據(jù)的采集、管理、匯總、分析和利用上明顯落后和低效。因此，應(yīng)盡快推進(jìn)番茄育種的信息化管理進(jìn)程，圍繞新品種選育的實(shí)際過(guò)程，以性狀數(shù)據(jù)采集和處理分析為核心，以育種過(guò)程管理為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)育種的信息化管理和數(shù)據(jù)的科學(xué)化分析，全面提高中國(guó)番茄育種的管理水平和育種效率。