西红柿的祖先看起来很不一样。 狐狸森林制造/快门
大想法： 番茄从野生植物到家庭主食的路径比研究人员长期以来想的要复杂得多。 多年以来，科学家们相信人类在两个主要阶段驯化了番茄。 首先，南美洲的土著人大约在7,000年前种植了蓝莓大小的野番茄，以培育出具有樱桃大小的果实的植物。 后来， 中美洲 进一步培育了这个中间群体，以形成我们今天吃的大栽培西红柿。
但是在最近的研究中，我们发现樱桃大小的番茄可能 起源于约80,000年前的厄瓜多尔。 很久以前，还没有人在驯养植物，因此这意味着它是从野生物种开始的，尽管秘鲁和厄瓜多尔的人们可能后来才将其栽培。
我们还发现，该中间群体的两个亚群向北扩散至中美洲和墨西哥，可能是其他农作物的杂草。 发生这种情况时，他们的果实性状发生了根本变化。 它们看上去更像是野生植物，其果实比南美同类植物更小，柠檬酸和β-胡萝卜素含量更高。
我们惊讶地发现，现代栽培的西红柿似乎与这种野状的西红柿群体关系最为密切，尽管农民没有刻意种植这种西红柿，但仍在墨西哥发现这种野生西红柿。
与半驯养的和完全野生的亲戚相比，栽培西红柿的平均果实大小。 哈米德·拉齐法德, CC BY-ND
为什么它的事项： 这项研究对作物改良有直接影响。 例如，一些中等水平的番茄群体具有较高的葡萄糖含量，这使水果更甜。 育种者可以使用这些植物使栽培的西红柿对消费者更具吸引力。
我们还看到信号，表明该中间组中的某些品种具有促进抗病性和抗旱性的性状。 这些植物可以用来培育更坚硬的西红柿。
还不知道的是： 我们不知道中间的西红柿是如何从南美扩散到中美洲和墨西哥的。 鸟类可能已经吃掉了水果并将种子排泄到其他地方，或者人类可能已经耕种或交易了它们。
另一个问题是，为什么这个中间群体一旦向北扩散，就会“回归”并失去许多驯化特性。 在北部新栖息地的自然选择可能会积极地支持具有更多野生特征的番茄。 也有可能是人类没有在育种这些植物并选择驯化性状，例如大果实，这可能需要植物比自然地结实需要更多的能量。
我们如何开展工作： We 重建番茄历史 by 基因组测序 野生，中间和驯化的番茄品种。 我们还进行了人口基因组分析，其中我们使用模型和统计数据来推断随时间推移西红柿发生的变化。
这项工作涉及编写许多计算机代码来分析大量数据并查看DNA序列的变异模式。 我们还与其他科学家合作，种植番茄样品并记录许多特性数据，例如水果大小，糖含量，酸含量和风味化合物。
该领域还发生了什么： 养活不断增长的人口将需要提高作物的产量和质量。 为此，科学家需要更多地了解与水果发育，风味和抗病性等现象有关的植物基因。
例如，由 扎卡里·利普曼（Zachary Lippman） 在 冷泉港实验室 纽约州的研究人员正在使用基因组编辑来操纵有助于提高番茄产量的性状。 通过调节两种流行番茄植物的原生基因，他们设计了一种快速的方法来使植物开花并更快地产生成熟的果实。 这意味着每个生长期要播种更多，从而提高产量。 这也意味着该植物的生长范围可能比现在更偏北。这是地球气候变暖的重要原因。
基因编辑产生的西红柿能在几周前开花并成熟。
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下一步是什么： 我们的研究为将来的番茄基因功能研究提供了候选图集。 现在，我们可以确定哪些基因在驯化历史的每个阶段都很重要，并发现它们的作用。 我们还可以搜索有益的等位基因或特定基因的变体，它们可能在番茄被驯化后丢失或减少。 我们想弄清楚这些丢失的变种中的一些是否可以用来改善栽培番茄的生长和理想的性状。
关于作者
生物学博士后研究员Hamid Razifard， 马萨诸塞大学阿默斯特分校 以及生物学副教授Ana Caicedo， 马萨诸塞大学阿默斯特分校
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