近日，我校生命科学学院刘明春课题组在Nature Communications发表了题为“A distal enhancer guides the negative selection of toxic glycoalkaloids during tomato domestication”的研究论文。我校为第一署名单位，论文第一作者为2020级博士研究生白峰和已毕业硕士舒朋，通讯作者为刘明春教授和Mondher Bouzayen教授。

番茄等肉质果实富含多种维生素、矿物质、膳食纤维和天然抗氧化物，在维持人体健康方面有着重要的作用。甾体糖苷生物碱（Steroidal glycoalkaloids，SGAs）是茄科植物特有的一类次生代谢产物，也是重要的防御和反营养物质。番茄果实早期发育过程中积累α-番茄碱以抵抗病原体侵染和食草动物啃食，但因其具有一定的毒性和苦味，在果实成熟过程中需要代谢为无毒无苦味的七叶皂苷。番茄在长期驯化过程中SGAs的含量受到负向选择以利于果实被取食达到种子传播的目的。目前对于甾体糖苷生物碱的代谢通路已经进行了较多的研究，但对于其代谢调控及驯化过程中负向选择机制还有待深入研究。

该研究通过对果实表皮皱缩T-DNA插入突变体中鉴定的远端增强子GE1的功能解析发现GE1可招募MYC2-SlERF.B9（GAME9）转录复合体介导染色质环进行空间互作调控番茄7号染色体上GAME簇的表达，进而调节番茄中茄碱的代谢。进一步发现GE1是番茄原始种（茄碱含量高）GE176的天然等位变异，在驯化过程中，GE176受到负向选择。GE176品种的SGAs含量显著高于GE1品种。深入解析后发现，GE176的增强子活性显著高于GE1，其促进GAME基因簇的表达的能力更强。在番茄驯化过程中，弱增强子GE1的自然选择促使有毒SGAs代谢产物的显著降低，使得现代番茄果实更为美味。

总之，该研究揭示了“转录因子-增强子-启动子”调控番茄果实甾体糖苷生物碱代谢的分子机制。增强子GE1通过染色质构象的动态变化实现对SGAs代谢时空特异性的精细化调控。该研究不仅为精准育种调节茄科植物SGAs含量提供新的思路，也为改良果实营养、风味品质以及与抗性之间的平衡提供了理论依据。

远端增强子GE1调控SGAs代谢的分子机制

刘明春教授课题组长期聚焦园艺作物果实品质形成与维持的调控机制研究，近五年，以通讯作者身份在Developmental Cell、Nature Communications、Plant Cell、Molecular Plant、New Phytologist、Journal of Integrative Plant Biology、Plant Physiology等国内外知名期刊上发表了一系列研究成果，系统解析了果实成熟、软化、色泽形成、风味和营养品质代谢以及采后抗性等分子基础。研究结果不仅为高品质、耐贮运果实新种质的创制奠定了理论基础，也为果实品质调控及采后贮运保鲜技术的研发提供新靶点。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47292-7