通过超表达PHYTOCHROME B2基因显著提高番茄营养品质（2020.2.22 Plant Biotechnology Journal）

番茄（Solanum lycopersicum L .）是世界上消费最多的蔬菜之一，它含有多种人体所必需的物质，包括类胡萝卜素、类黄酮、抗坏血酸和生育酚。目前改善果实营养品质的研究都集中于直接改变类胡萝卜素、类黄酮等物质表达的基因，而利用PHY工程来全面提高果实营养品质的研究较少。

近日，巴西圣保罗大学植物学系Luciano Freschi教授在著名植物科学期刊《Plant Biotechnology Journal》（一区Top期刊，即时影响因子8.6）上发表了题为“Beyond the limits of photoperception： constitutively active PHYTOCHROME B2 overexpression as a means of improving fruit nutritional quality in tomato”的文章。该文章通过超表达PHYTOCHROME B2基因发现了提高番茄营养品质的新手段。

在前人研究中，植物色素（ PHYs ）负责红/远红光的感知并在光形态响应中扮演重要角色。目前，在番茄中已鉴定出5个PHY基因，即PHYA、PHYB1、PHYB2、PHYE和PHYF。其中PHYB2在番茄果实中表达量最高，并且是果实叶绿体形成和类胡萝卜素积累的重要调控因子。在本研究中，作者在Micro-Tom（MT）背景下利用PPC2启动子构建了PHY2B的2个PPC2：：B2天然材料（L1、L3）和3个超表达PPC2：：B2Y252H材料（L5、L6、L15）并進行了RT-qPCR，发现在果实的整个发育初期（IMG、MG）及成熟期（BK、RR）中PHYB2和PHYB2Y252H材料比野生型（WT）中PHYB2基因的表达水平均高出2-7倍，并且发现对营养生长没有明显附加效果。为了解PPC：：B2和PPC：：B2Y252H两个材料转录水平的差异，作者选取了L1，L6两个材料进行转录组分析和显微分析，发现与PHYB2相比，超表达材料PHYB2Y252H在叶绿素生物合成以及参与抗氧化物质积累等代谢途径上均具有明显提高。

由于光信号还可以直接参与影响到与异戊二烯类（如类胡萝卜素、生育酚）代谢物合成相关基因的表达，作者对类胡萝卜素和生育酚含量进行分析，发现与野生型和PHYB2相比，超表达PHYB2Y252H的果实在发育初期产生更多的叶绿体，成熟果实中含有更多的类胡萝卜素、生育酚和抗坏血酸等物质。作者还利用GC-MS分析了它们在代谢物方面的差异，发现PHYB2或PHYB2Y252H超表达对果实初级代谢物的影响主要在脂质生物合成方面和糖积累。

最后作者为了验证在不同的遗传背景下超表达PHYB2Y252H是否仍然能够促进果实品质。利用优良番茄品种Ailsa Craig分别和MT野生型、PHYB2、超表达PHYB2Y252H杂交得到AC-WT， AC-PPC：：B2 and AC-PPC：：B2Y252H三种材料。对三种材料果实中的叶绿素、β-胡萝卜素、叶黄素以及抗坏血酸等物质进行测定，发现在不同生长条件（实验室和温室条件）下PHYB2Y252H的营养物质含量均高于另外两种材料，表明在不同遗传背景和不同生长条件下超表达PHYB2Y252H能够促进番茄果实营养品质。