[发明专利]参与番茄果实大小、番茄红素及β-胡萝卜素调控的基因SlOPT7及其应用

说明书

本发明涉及生物技术领域，尤其是涉及番茄SlOPT7基因在调控番茄果实大小、番茄红素以及β‑胡萝卜素含量的应用。本发明公开了一种可同时调控番茄果实大小和番茄红素与β‑胡萝卜素含量的基因SlOPT7，基因SlOPT7的核苷酸序列如SEQ ID NO：1所述。本发明还同时公开了两个纯合编辑材料，分别为纯合编辑材料opt7‑1和纯合编辑材料opt7‑2。本发明构建的基因编辑番茄，不含外源基因片段，果实变大，番茄红素和β‑胡萝卜素含量提高。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，尤其是涉及番茄SlOPT7基因在调控番茄果实大小、番茄红素以及β-胡萝卜素含量的应用。

背景技术

番茄(Solanum lycopersicum)是世界上重要的蔬菜作物，番茄果实的产量和品质直接决定其在鲜果和加工市场中的竞争力。研究番茄果实品质形成的分子机理，对于培育优质番茄品种具有重要的指导意义。此外，番茄是研究肉质果实发育、成熟的模式植物，因此研究番茄果实成熟的分子调控机制对其他作物果实品质的遗传调控也具有重要指导意义。

果实大小是影响番茄果实产量和外观的重要因素，通过驯化与改良，现代栽培番茄果实的重量可以达到野生番茄的1000倍(Tanksley,2004)。早期的研究表明，约有30多个数量性状位点(QTLs)与果实大小性状相关(Grandillo et al.,1999)，而目前只有较少基因被克隆到。因此，果实大小的遗传调控仍然需要广泛而深入的研究。对番茄果实来讲，决定果实大小的因素主要有果皮细胞的层数、果皮细胞的大小以及心室的数目等。例如，fw2.2和fw3.2两个位点均通过影响果皮细胞层数来调控番茄果实大小，其中FW2.2编码细胞数目调控因子CNR(Cell number regulator)，主要负调控细胞分裂(Frary et al.,2000)，而FW3.2编码P450 78A(CYP78A)亚家族成员SlKLUH，其转录位点上游的一个单核苷酸多态(SNP)与果实大小变化密切相关(Chakrabarti et al.,2013)；fw11.3位点是CSR(Cell Size Regulator)基因的功能获得性突变位点，其可以通过增大中果皮细胞的大小而使番茄果实变得更大(Mu et al.,2017)；fas(Fasciated,SlCLV3基因启动子区域突变，抑制该基因表达)(Xu et al.,2015)和lc(Locule Number，SlWUS基因下游CArG box调控元件的两个SNP突变，促进该基因表达)(Munos et al.,2011；van der Knaap et al.,2014)主要通过增加番茄果实的心室数目使果实变的更大、更扁平。转录因子ENO(ExcessiveNumber Of Floral Organs)可直接负调控SlWUS基因的转录进而调控果实大小的发育(Yuste-Lisbona et al.,2020)。同样，fab(编码CLV1蛋白)和fin(编码一个HPAT蛋白)也具有更多的心室数目、更大的果实(Xu et al.,2015)；SUN和OVATE基因则分别通过正调控和负调控的方式使番茄果实形状变长，也是影响果实大小发育的重要因素(Liu et al.,2002；Xiao et al.,2008)。此外，植物体的营养物质代谢是果实发育的基础，也是果实大小调控的重要因素。例如糖代谢中，反义抑制酸性转化酶基因TIV1可导致番茄大小减少约30％(Klann et al.,1996)。蛋白质代谢与果实大小发育同样有密切的关系，除了氮素营养调控外，多肽也是控制果实大小发育的重要调控信号，例如QTL位点fas通过抑制SlCLV3基因的表达而使果实心室数目增多、果实变大(Xu et al.,2015)，而CLV3就是植物中非常重要的一种分泌性“多肽激素”，其在植物茎尖分生组织的发育过程中具有重要作用，也是番茄果实大小调控的关键基因之一。