“杂种优势”（heterosis，指基因型杂合的个体往往更具优势）这个概念自一个多世纪前被发现起，就一直在农业育种中有相当大的应用。但是其中具体的分子机制，尤其是涉及单个或多个基因的机制还尚不明确。近日，来自冷泉港扎克里·利普曼（Zachary Lippman）实验室的科学家们在番茄等开花植物中发现了部分玄机。该研究成果今天发表在《美国科学院院报》（PNAS）上。
植物在生长周期里通常把获得的营养和能量用在两个方面:一是营养生长(“长个”)，一是生殖生长(“生娃”)。除开一系列人为修枝等方式外，它们自身有一系列的基因控制自己合理地在不同环境下向二者分配能量，其中包括促进营养生长的sp基因(self-pruning)和能够生成“成花素”(florigen)的sft基因(single flower truss)。花的发育可谓是最能够区分“长个”和“生娃”的事件了。虽然sp和sft之间互动的具体分子机制还不明确，但它们之间的相互作用确实能够改变植物的出芽规律，进而影响营养和能量分配。
研究团队发现，sp突变失效的番茄，每个共轴单元中的叶片数会减少，而花的数量会增多。而在此基础上，如果一对sft基因中有一个也因为突变而失效，则主芽和侧芽上花的发育会延迟，从而不仅让番茄成熟的时间更加统一，也使植株有更多的时间长出叶片积累营养。这会不会是因为，少了一份基因后，成花素的表达水平变得更适宜增产了呢？研究人员随即用微小RNA模拟了sp突变株中sft基因的不同表达水平，发现确实在与杂合表达水平类似的时候，番茄第一次开花前长出的叶片更多，同时不太影响花的数目。
种番茄可不像我们想的那样简单。水稻、小麦玉米这样的粮食作物，经过长时间的筛选，统一了成熟时间，而番茄则不然。对于供市场出售的番茄，农户们需要定期修剪顶芽，并适当疏花疏果来保障果实的质量，同时还得在整个种植期间一直留意果实成熟情况，适时采摘。由于历来对番茄的筛选都只注重果实质量，它的花期和生长的不确定性几乎和它的野生祖先一样。
可是对于用来制作加工食品的番茄，需求量大和对口感、香气要求较低等特点，使得大规模种植不可能像上述那样费劲：番茄种植者往往一季一收，更希望能在短期内收到更多的、成熟程度差不多的果子——这种情况下，让番茄在花期多多开花结果可谓是增产又省事。这项发现为提高番茄产量提供了一条新思路——既然杂交让它们变好的原因是恰好让“开花时钟”拧到位了，如果我们定向地改造相关的基因，优化相关基因的表达水平，也许就能更加多快好省地生产番茄了。文章指出，对成花素的操纵技术可能对农作物产业造成深远影响。
参考资料：
- Jiang K, Liberatore KL, Park SJ, Alvarez JP, Lippman ZB (2013) Tomato Yield Heterosis Is Triggered by a Dosage Sensitivity of the Florigen Pathway That Fine-Tunes Shoot Architecture. PLoS Genet 9(12): e1004043. doi:10.1371/journal.pgen.1004043
- Peralta IE, Spooner DM (2005)Morphological characterization and relationships of wild tomatoes (Solanum L. Section Lycopersicon). Monogr Syst Bot Missouri Bot Gard:227-257.
