從油炸的綠色西紅柿到披薩餅，世界在成熟的許多階段都能品嘗西紅柿，每一個(gè)都有其獨(dú)特的品質(zhì)。水果成熟一直是育種者的一個(gè)重要問題，也是博伊斯湯普森研究所(BTI)，康奈爾大學(xué)和美國農(nóng)業(yè)部(USDA)研究人員廣泛而富有成效的合作的主題。

研究人員于1月25日在Nature Communications網(wǎng)站上發(fā)表了一篇關(guān)于番茄果實(shí)的所有組織和發(fā)育階段的基因表達(dá)的時(shí)空?qǐng)D譜- 這是成熟時(shí)水果從內(nèi)到外變化的基因信息。他們的數(shù)據(jù)可在新的Tomato Expression Atlas(TEA)上在線獲得。

“合作涉及許多研究小組，他們都研究番茄果實(shí)生物學(xué)，并且已經(jīng)合作多年，”康奈爾大學(xué)教授兼該項(xiàng)目首席研究員喬斯林·羅斯說。

番茄的年市值為550億美元，是了解商業(yè)重要性狀(如大小，顏色，味道和營(yíng)養(yǎng)成分)的遺傳基礎(chǔ)的重要主題。此外，番茄可以作為一種模式水果，以一種可以轉(zhuǎn)化為其他更難以研究的水果的方式來理解成熟。

大多數(shù)先前的研究都把番茄果實(shí)作為一個(gè)同質(zhì)組織，或僅僅是外部肉質(zhì)部分，但正如任何切碎成熟，流動(dòng)的番茄的人都知道的那樣，果實(shí)遠(yuǎn)非均勻。對(duì)于這個(gè)項(xiàng)目，研究人員在開發(fā)的各個(gè)階段單獨(dú)分析每個(gè)組織，需要極其謹(jǐn)慎，時(shí)間和各種技能 - 這是合作的關(guān)鍵所在。

“該項(xiàng)目充分利用了合作者的高度協(xié)同能力，他們結(jié)合了各自的生理學(xué)，分子生物學(xué)，激光捕獲顯微切割，數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，”BTI / USDA科學(xué)家James Giovannoni說。

“我們的第一個(gè)目標(biāo)是在番茄果實(shí)發(fā)育期間以前所未有的時(shí)空分辨率生成轉(zhuǎn)錄組圖譜，”BTI博士后科學(xué)家Philippe Nicolas說。“我們需要盡可能具有代表性的無偏差抽樣。為此，我們從超過60個(gè)隨機(jī)選擇的單個(gè)番茄植物中收集了400多個(gè)樣本。”

研究人員通過手工和激光捕獲顯微切割仔細(xì)解剖了番茄組織，以分離和測(cè)序RNA，這些組織使每種組織與個(gè)體組織甚至細(xì)胞不同。然后將序列數(shù)據(jù)編譯，解析并組織到TEA中，在那里可以對(duì)其進(jìn)行分析以研究對(duì)于果實(shí)發(fā)育重要的各種生物過程。嚴(yán)格的生物信息學(xué)工作由BTI的Mueller和Fei實(shí)驗(yàn)室完成。

“TEA數(shù)據(jù)庫提供了前所未有的交互水平和新穎的方式，可視化復(fù)雜的多維表達(dá)數(shù)據(jù)，”BTI科學(xué)家Lukas Mueller說，他指的是TEA的圖形界面，允許用戶通過熱圖和水果象形圖可視化基因表達(dá)。

“這些功能將使研究人員能夠輕松回答以前更難以解決的問題，”穆勒說。

正如合作研究小組為TEA的創(chuàng)建貢獻(xiàn)了各種專業(yè)知識(shí)一樣，他們每個(gè)人都能夠使用數(shù)據(jù)庫來研究對(duì)他們自己的研究重要的生物過程。

“我的主要研究興趣之一是開發(fā)和測(cè)試水果開發(fā)的激素調(diào)節(jié)模型，”BTI科學(xué)家CarmenCatalá說。“我們現(xiàn)在可以使用TEA生成一個(gè)包含所有水果組織的激素生物合成和信號(hào)通路的綜合圖譜。”

Catalá實(shí)驗(yàn)室使用這張圖來識(shí)別兩種相互作用的蛋白質(zhì)，并可能共同調(diào)節(jié)水果激素信號(hào) - 這是該出版物中幾種TEA促進(jìn)結(jié)果之一。

“番茄已經(jīng)研究了幾十年，許多過程都有相當(dāng)詳細(xì)的特征，但TEA提供了對(duì)我們檢查的基本上每個(gè)過程的新見解，并給出了這些過程的高分辨率圖像，”羅斯說。“這就像是拿著一個(gè)鏡頭來檢查一個(gè)模糊的圖像，讓信息跳得更清晰。”

通過更清晰地了解番茄果實(shí)發(fā)育的生物過程，研究人員可以更快地確定我們?cè)诜押推渌兴哂械脑S多重要特性的遺傳基礎(chǔ)。

“我們對(duì)成熟的遺傳和表觀遺傳控制以及促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量的代謝途徑的理解得到了改善，”Giovannoni說。“這種更大的理解為通過分子輔助育種改善水果鋪平了道路。”