從野生番茄找尋耐鹽基因

由於氣候變遷造成乾旱時常出現，培育出抗旱的農作物已經是近年的顯學了。但是，栽培品系農作物常常都是由少數幾個品系（甚至有些只有一個）的祖先植物培育而來，所以很難從栽培種中找到足夠的基因資源來做這件事。因此，科學家們常常由栽培品系的野生種去找資源（生物界的禮失而求諸「野」？）。

最近的一個研究，就是使用野生番茄（Solanum pimpinellifolium）做為模型，研究植物抵抗鹽分壓力的關鍵基因。野生番茄又名currant tomato或pimp，原生於厄瓜多與秘魯。野生番茄的多樣性很高，光是生命週期就可以找到一年生、二年生與多年生的品系，其他方面就更不用說啦。

為什麼要研究耐鹽基因呢？原來，當旱災發生時，農夫通常都會努力幫植物澆水（這是當然！），但是在降雨少甚至不降雨的時候澆水的結果就是，因為這時候空氣中的水分較少，造成土壤水分蒸發也很旺盛。可是水分蒸發了，鹽分卻沒有蒸發，久而久之土壤裡的鹽分就會越累積越多，造成土壤鹽化。當然，施肥也是造成土壤鹽化的另一個原因。

研究團隊收集了274個野生番茄，將其中的265個進行了定序，建立了自然多樣性群體。另外，他們在溫室與田間，對其中的219個進行了鹽壓力測試並記錄其性狀。

他們發現，鹽分的壓力對植物的生長影響極大，在溫室實驗中，他們以0.6 M的食鹽溶液浸泡長到6片葉子的野生番茄盆栽，讓土壤中最終的食鹽濃度達到200 mM。14天後，他們收穫番茄植株，與控制組做比較，發現植物的鮮重減少了47%（天啊快一半），而且在整個實驗期間，鹽分壓力組的生長速率都顯著低於對照組。

另外，鹽分壓力也讓野生番茄的蒸散速率低於對照組。不過，在實驗後期，以鹽分處理的野生番茄反而表現出更高的水分利用效率；在田間試驗中，研究團隊發現鹽分壓力組可能因為蒸散速率降低，它們的冠層（canopy）溫度反而比對照組高。

至於產量，鹽分壓力組的產量嚴重降低！他們發現，總果實產量平均減少77%：未成熟果實數量減少74.3%、成熟果實數量減少66.5%；未成熟果實產量減少79%、成熟果實產量減少74%。平均果實大小減少33%！

另外，他們透過全基因體關聯分析，對照性狀測試的結果，找到了在鹽分壓力下，與野生番茄生長速率相關的三個主要位點。

第一個位點是兩個ABC轉運蛋白家族的基因，過去的研究發現，有些ABC轉運蛋白與離層酸（ABA）的運輸有關，而離層酸在鹽分壓力反應中扮演著重要的角色。

第二個位點是F-box/kelch重複蛋白的基因。這類的蛋白質參與蛋白質泛素化（ubiquitination）與分解，某些這類的蛋白被發現可以提高或降低植物面對非生物壓力的耐受性。

第三個位點怎是CCCH鋅指蛋白。這個家族在番茄中成員眾多（有80個），其中有些也被發現與壓力耐受性有關。

這三個位點的基因，都是過去不曾在栽培種番茄中發現的新基因，研究團隊希望，透過研究這些基因對鹽分耐受性的影響，可以更深入了解番茄如何抵抗鹽分壓力，從而培育出更耐鹽的番茄。

很難想像曾經一度被認為有毒不能吃的番茄，最後成為義大利料理不可或缺的食材；因此，培育出更能抵抗非生物壓力（鹽分、乾旱）的番茄，是非常重要的！

參考文獻：

Morton, M., Fiene, G., Ahmed, H.I., Rey, E., Abrouk, M., Angel, Y., Johansen, K., Saber, N.O., Malbeteau, Y., Al-Mashharawi, S., Ziliani, M.G., Aragon, B., Oakey, H., Berger, B., Brien, C., Krattinger, S.G., Mousa, M.A.A., McCabe, M.F., Negrão, S., Tester, M. and Julkowska, M.M. (2024), Deciphering salt stress responses in Solanum pimpinellifolium through high-throughput phenotyping. Plant J. https://doi.org/10.1111/tpj.16894