摘要：番茄（ Solanum lycopersicum ），作为全球广泛种植的重要经济作物及生物学研究的经典模式植物，不仅因其丰富的营养价值深受消费者喜爱，更因其在遗传学、分子生物学研究中的独特地位而备受科学家青睐。随着生命科学技术的飞速发展，特别是基因编辑技术的崛

科学家揭秘：CRISPR如何改变番茄育种游戏规则！

苑国良等

基金项目：宁夏回族自治区中央引导地方科技发展专项项目（2024FRD05093）；十四五国家重点研发计划（2022YFF1003004）。

番茄（ Solanum lycopersicum ），作为全球广泛种植的重要经济作物及生物学研究的经典模式植物，不仅因其丰富的营养价值深受消费者喜爱，更因其在遗传学、分子生物学研究中的独特地位而备受科学家青睐。随着生命科学技术的飞速发展，特别是基因编辑技术的崛起，番茄产业迎来了前所未有的变革机遇。

基因编辑作为近年来生命科学领域最为热门的技术之一，俨然已经成为医学和生命科学的革命性力量，可用来治疗众多遗传疾病和解析复杂的生物过程。而在植物生物育种领域，基因编辑同样作为极其重要的应用手段。基因编辑技术从根源上讲是一种促使植物产生基因突变的生物诱变剂，相比较常规诱变育种中使用的辐射和化学诱变剂，它可以更精准、更简单、更快速地创制作物改良所需的基因突变，协助培育出抗逆性强、品质高、产量高的作物，从而减少对农药和化肥的使用。作为绿色生产的好助手，基因编辑逐渐成为分子育种领域重要的技术手段 。

番茄作为理想的生物反应器，基因编辑技术的应用前景广阔。本文将重点探讨基因编辑技术在番茄领域的几个关键应用：提高番茄植株的抗病性和抗逆性，改善果实品质，创制雄性不育系，以及通过从头驯化实现番茄品种的改良。这些应用不仅能够增强番茄的适应性和生产效率，还能够满足消费者对健康、安全食品的需求，同时为农业可持续发展做出贡献。此外，本文还将探讨其对未来农业生产和食品工业的潜在影响。通过结合最新的科研成果和实际应用案例对基因编辑技术进行详细阐述，以期为读者提供全面的视角去了解基因编辑技术对番茄产业创新和发展的推动作用，同时为番茄产业的可持续发展提供科学依据和技术支撑。

1 CRISPR基因编辑系统

规律间隔成簇短回文重复序列（CRISPR，即Clustered Regularly Interspaced Short PalindromicRepeats），是一种在细菌和古生菌中普遍存在的免疫机制，其主要任务是抵御外来DNA和病毒的侵袭。CRISPR系统由一系列高度保守的重复序列和间隔序列交替排列构成。

根据核心功能元件的序列差异，CRISPR/Cas系统可细分为Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型。其中，Ⅰ型CRISPR系统通过Cas蛋白复合物与Cas6核酸酶家族剪切后的CRISPR RNA（crRNA）的协同作用，精准识别并剪切靶标DNA；Ⅱ型CRISPR系统只需利用单个多功能内切酶Cas9，以及crRNA和反式激活crRNA（tracrRNA），锁定并剪切靶标DNA；Ⅲ型CRISPR系统利用Csm或Cmr蛋白复合体与crRNA的复合物，实现对靶标DNA的高效识别与剪切 。根据Cas蛋白的不同，CRISPR/Cas系统可分为CRISPR/Cas9、CRISPR/Cas12a、CRISPR/Cas12b、CRISPR/Cas13a、CRISPR/Cas14a等以及单碱基编辑系统等 。

Cas9酶在CRISPR系统中扮演着关键角色，它是一种能够对特定DNA序列进行精确切割的核酸酶 。CRISPR/Cas9系统的精妙之处在于，通过定制特定的导向RNA（gRNA），能够精确地定位并引导Cas9酶至目标DNA序列，实现基因的精确编辑，包括删除、插入或替换。CRISPR/Cas9系统因其卓越的性能而成为研究和应用的主流 ，是目前最流行的基因编辑技术之一。

CRISPR系统以其高编辑效率、操作简便性和多基因位点同时编辑的能力，已经在多个领域展现出其广泛的应用潜力。随着技术的不断进步和优化，CRISPR系统的功能日益强大，预示着其在未来生物育种等领域将拥有更加辉煌的发展前景。

2 CRISPR基因编辑技术在番茄抗病中的应用

番茄病害的多样性构成了农业生产中的一项重大挑战，已知病害种类高达近70种，其中番茄病毒病、青枯病、晚疫病、早疫病、白粉病和灰霉病等尤为关键。这些病害不仅抑制了番茄的正常生长，更对果实的品质和产量造成了严重影响。目前，农业生产主要依赖化学农药进行病害防治，但效果有限，还可能降低果实品质，并对环境造成污染。因此，培育具有天然抗性的番茄品种显得尤为迫切，而利用CRISPR基因编辑技术精准改良抗病相关基因位点，以增强番茄的自然防御能力，已成为实现这一目标的有效途径之一。

2.1 抗病毒病研究

番茄病毒病是番茄生产中的一种重要病害，危害性极大，可导致番茄大面积减产甚至绝产。番茄病毒病的种类繁多，包括番茄黄化曲叶病毒（tomato yellow leaf curl virus，TYLCV）、烟草花叶病毒（tobacco mosaic virus，TMV）、黄瓜花叶病毒（cucumber mosaic virus，CMV）、番茄花叶病毒（tomato masaic virus，ToMV）、番茄褪绿病毒（tomato chlorosis virus，ToCV）、番茄斑萎病毒（tomato spotted wilt virus，TSWV）等20多种病毒。

番茄黄化曲叶病毒（TYLCV）被称为番茄界的“癌症”，其破坏力足以引发番茄作物的大规模减产。在对抗这一病害的前沿研究中，Pramanik等 通过CRISPR/Cas9基因编辑技术成功敲除了 SlPelo 基因，显著增强了番茄植株的抗病能力；并通过敲除编码 SlPelo 的 Ty-5 位点，有效抑制了TYLCV的复制和扩散。

研究人员通过精准敲除番茄DCL2家族中的SlDCL2b 基因，成功显著提升了番茄对番茄花叶病毒（ToMV）的抵抗力；同步敲除 SlDCL2a 和SlDCL2b 这2个基因，能进一步增强番茄对烟草花叶病毒（TMV）和马铃薯X病毒（potato virusX，PVX）的抗性 [8] ；更进一步，通过对 eIF4E1 基因进行非同义突变，不仅保留了该基因的正常功能，还赋予了番茄对马铃薯X病毒的抗性 [8] 。这种创新方法为实现作物病害管理中的持久抗性提供了新的思路，展示了基因编辑在农业中的深远影响和实用价值。

褐色皱纹果病毒（tomato brown rugose fruitvirus，ToBRFV）作为一种对番茄产业构成日益严峻威胁的病毒，其影响力足以引发番茄品种的全面更新换代。在这一背景下，Ishikawa等 [9] 运用CRISPR/Cas9基因编辑技术，敲除了番茄中的烟草花叶病毒增殖蛋白TOM1的同源性基因，成功培育出了具有抗ToBRFV特性的番茄种质资源。

2.2 抗细菌病害研究

番茄细菌性病害对作物的影响不容小觑，这类病害能够迅速蔓延，造成番茄产量的大幅下降，给农业生产带来严重损失。

丁香假单胞菌（ Pseudomonas syringae ）是一种常见的致病菌，能够通过番茄叶片的伤口和气孔侵入，释放出冠菌素（coronatine，COR），引发气孔张开，为细菌繁殖提供便利条件，进而引发番茄细菌性叶斑病。通过CRISPR/Cas9基因编辑技术对番茄气孔保卫细胞中的COR主要受体基因 SlJAZ2 进行精确编辑，导致其C端JAZ结构域的缺失，这一改变显著增强了番茄对细菌性叶斑病的抗性 [。

细 菌 性 斑 点 病 是 一 种 由 黄 单 胞 菌 属（ Xanthomonas ）多种细菌引起的严重病害，对番茄作物构成了巨大威胁。番茄对此类细菌的侵袭表现出高度敏感性。研究显示，番茄基因组中的 SlbBs5 和 SlBs5L 编码的蛋白质含有跨膜区域，富含半胱氨酸，对多种生物和非生物胁迫具有响应功能 ；通过对这2个基因进行敲除，使得这些基因的突变体番茄对黄单胞菌的感染率显著降低，表现出了对细菌性斑点病的增强抗性，为番茄病害的防控提供了新的策略和希望 。

2.3 抗真菌病害研究

番茄真菌病害在番茄的整个生长周期中都可能发生，它们由多种真菌病原体引起，能够侵染番茄的各个部位，包括叶片、茎秆和果实。这些病害会导致番茄生长受阻、产量和品质降低，严重时甚至会导致植株死亡。常见的真菌病害包括：早疫病、晚疫病、灰霉病、白粉病、叶霉病、炭疽病等。Ramirez等 通过CRISPR/Cas9技术对番茄PUB17 基因进行敲除，成功培育出纯合基因突变植株，这些植株对早疫病菌（ Alternaria solani ）和灰霉病菌（ Botrytis cinerea ）的抗性均表现显著增强。此外，通过同时编辑番茄中的 miR482b和 miR482c 基因，研究人员发现这种双重编辑显著提高了番茄对晚疫病（ Phytophthora infestans ）的抗性，并且这种抗性比单独敲除 miR482b 时更为强大 。进一步的研究表明， SlMYBS2 基因在晚疫病抗性中发挥正向调控作用，CRISPR基因编辑技术的应用进一步验证了这一点 。

番茄白粉病是一种由特定真菌引起的病害，主要病原包括鞑靼内丝白粉菌（ Leveillulataurica （Lev.）Arn.）和新番茄粉孢菌（ Oidiumneolycopersici L. Kiss）。这种病害在番茄植株上普遍发生，严重影响其生长和产量。近期的科学研究揭示，通过利用CRISPR基因编辑技术对番茄中的 SlMlo1 基因（即白粉病抗性基因）进行敲除，可以培育出完全抵抗白粉病的番茄突变体 。此外，Huibers等 还发现，敲除另一个白粉病感病基因 SlPMR4 （即白粉病抗性基因4），同样能够显著增强番茄对白粉病的抗性。这些基因编辑策略为番茄白粉病的防治提供了新的分子途径和解决方案。

茉莉酸（jasmonic acid，JA）在植物的抗病和抗逆机制中扮演着关键角色。研究发现，番茄中的 SlBBX20 和 SlMYC2 基因参与了茉莉酸信号通路的调控，影响植株对各种逆境的响应。

CRISPR基因编辑技术的应用揭示了敲除 SlBBX20后，不仅增强了茉莉酸的响应，而且显著提高了番茄对灰霉病的抵抗力。相反，当 SlMYC2 基因被敲除时，番茄的抗灰霉病能力明显下降，这表明 SlMYC2 在茉莉酸诱导的抗灰霉病信号传导过程中发挥着正向调控作用 。因此，通过基因编辑提高 SlMYC2 的表达水平，有望增强番茄的抗灰霉病能力。

此外，通过CRISPR基因编辑技术敲除与果胶降解相关的果胶裂解酶基因 PL ，可以显著降低番茄对灰霉病的敏感性 。这一发现为通过基因编辑手段改善番茄对灰霉病的抗性提供了新的策略，有助于培育出更抗病的番茄品种。

3 CRISPR基因编辑技术在番茄抗逆性中的研究

在番茄生长过程中，干旱和寒冷等恶劣气候条件常常成为其面临的严峻挑战，这些逆境不仅限制番茄的健康生长，也会影响到产量和品质。因此，育种学家们一直致力于提升番茄的抗逆能力，使其能在多变的环境中茁壮成长。CRISPR基因编辑技术作为一种革命性的基因编辑工具，其应用加深了科研人员对植物响应逆境胁迫的分子机制的理解，也为番茄的抗逆育种工作开辟了新的路径。通过精确地编辑基因，可培育出对逆境具有更强适应性的番茄新品种，从而在农业生产中实现更高的稳定性和可持续性。

3.1 抗旱性研究

Wang等 、Li等 研究表明，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术对 SlMAPK3 和 SlNPR1 基因分别进行敲除，所得到的突变体番茄植株抗旱能力减弱，证明 SlMAPK3 和 SlNPR1 基因在干旱胁迫下发挥了关键作用，它们能激活植株的抗旱机制，从而赋予植物一定程度的耐旱能力，增强其在恶劣干旱条件下的生存力。随着基因编辑技术的进步，未来可利用基因编辑增强 SlMAPK3 和SlNPR1 的表达，从而在抗旱育种中应用。

激素在植物生长和逆境响应中发挥着核心作用。Yin等 研究表明，通过CRISPR基因编辑技术敲除茉莉酸信号通路中LBD（lateralorgan boundaries domain）和赤霉素受体GID1（gibberellin-insensitive dwarf1）的编码基因，能有效提升植物的抗旱能力。这些基因作为负调控因子，其功能的丧失增强了植物在干旱条件下的适应性。相反，敲除油菜素甾醇信号通路的转录因子（brassinazole resistant transcription factor1）编码基因 BZR1 ，将会导致抗旱能力下降，证实了 SlBZR1 作为正调控因子的角色。这些发现为通过基因编辑改善植物的抗旱性提供了新的见解，也为其在未来番茄生物育种中的应用打下了基础。

Mallikarjuna等 的最新研究表明，通过CRISPR基因编辑技术敲除番茄 ROP9 基因，使得气孔关闭，减少蒸腾，从而创造出了节水番茄新品系。

3.2 抗低温研究

低温是影响番茄生长发育和产量的一个重要因素。利用CRISPR基因编辑技术敲除冷响应因子（CRT binding factors）相关基因 CBFs（ SlCBF1 ）得到的突变体植株在低温胁迫条件下的耐受性显著下降，表明 CBFs 在植物的冷适应机制中扮演着重要角色。进一步的研究表明，敲除参与光合作用碳同化的景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶基因 SlSBPase ，获得的突变体植株对冷害的敏感性增加，这揭示了 SlSBPase 在植物响应低温胁迫中的作用同样不可或缺 。上述研究表明， SlCBF1 和SlSBPase 是番茄植株对低温胁迫响应的关键因素，为未来通过基因编辑技术提高植株抗寒性提供了科学依据和方向。

4 CRISPR基因编辑技术在创制雄性不育系和单性结实方面的应用

CRISPR基因编辑技术在番茄育种中的应用前景广阔，不仅可以通过创制雄性不育系降低制种成本，提高种子纯度，还可以通过敲除特定基因培育出单性结实的无籽番茄，为番茄育种提供新的策略和方法。

4.1 雄性不育系创制

番茄作为自花授粉作物，具有明显的杂种优势。然而，目前的杂交制种主要通过人工去雄和授粉，制种成本高，且纯度无法有效保障。创制雄性不育系可大大降低制种成本，同时提高种子纯度。笔者所在团队通过CRISPR基因编辑技术敲除了雄蕊特异基因 SlSTR1 ，创建雄性不育系，将 SlSTR1 基因与控制花青素合成的 SlANT1 基因连锁，转回雄性不育系，形成了紫色的育性恢复保持系。通过将雄性不育系与杂合保持系杂交，后代按1∶1比例分离出了转基因紫色保持系和非转基因绿色雄性不育系，以此建立基于CRISPR基因编辑的番茄杂交制种系统，提高了种子生产的效率和稳定性 。

此外，笔者所在团队于2023年研发出一种番茄绿胚轴雄性不育系的创制方法以及繁育方法 。该方法通过CRISPR/Cas9基因编辑技术同时敲除番茄中的不育 TM6 和绿茎 DFR 基因，获得了一种新型绿胚轴雄性不育系突变体，该突变体表现为绿茎、不育。在雄性不育系繁育过程中，用突变体 dfr 绿茎筛选突变体 tm6 不育的效率达到98%以上，进而提出 tm6 dfr 稳定高效繁育策略。由此，tm6 dfr 绿胚轴不育系统以及繁育方法可应用于番茄杂交种制种。

SlSPL/HYD 参与调控花药的形成，通过基因编辑获得的 Slspl 突变体番茄的花药变为丝状并且不能产生花粉 。利用CRISPR基因编辑技术对SlAP3 基因进行敲除，纯合突变株产生了雄性不育表型。此外，还有 SlTM6 和 SlTPI 等基因均参与番茄花药的发育 ，未来都可以通过CRISPR基因编辑技术创制雄性不育系。

4.2 单性结实创制

单性结实，也称为无配子结实或无融合结实，是一种植物在没有经过授粉的情况下而自行发育形成果实和种子的现象。通过应用CRISPR基因编辑技术，科学家们成功敲除了番茄中MADS-box转录因子 SlAGL6 基因，突变体产生了和有籽果实大小、形状均无差别的单性结实果实 。番茄中的生长素应答因子IAA9（indole-3-acetic acid inducible 9）与单性结实的调控相关，通过对番茄的 SlIAA9 基因进行敲除，结果同样培育出了果实形态与野生型有籽果实一致的无籽番茄 。

5 CRISPR基因编辑技术在提高番茄品质方面的应用

番茄的品质包括外观品质和内在品质，外观品质主要包括成熟度、果色、果形、大小和硬度，内在品质主要包括风味品质和营养品质。番茄的风味由可溶性糖、有机酸、挥发性芳香物质等决定，其中糖酸比是影响风味的关键因素，而挥发性物质的种类和含量决定了番茄的独特风味。营养品质主要涉及可溶性固形物、番茄红素、维生素、多酚等营养成分的含量，这些营养成分与人体健康密切相关。

5.1 外观品质调控

5.1.1 成熟调控

番茄果实成熟调控是一个复杂的过程，受环境因素和遗传多样性的影响，可通过传统育种和现代基因编辑技术进行优化，以改善果实的颜色、风味和营养价值。其中，控制番茄果实的成熟度，延长耐贮性，对番茄的经济效益影响很大。

目前，关于番茄成熟调控机制的报道较多，如 RIN 、 RING2、ALC 基因和长链非编码RNAlncRNA1459 以及RNA识别基序蛋白SlORRM4、NAM1的基因等 ，利用CRISPR基因编辑敲除技术，获得的突变体番茄果实成熟期均有所延迟。

5.1.2 果色调控

水果和蔬菜的色彩不仅构成了园艺作物的外在魅力，更是其作为商品的关键特征。其色彩的多样性不仅为视觉带来愉悦，还能显著激发消费者的购买兴趣。番茄的果色变化丰富，通常与成熟度、品种特性和遗传背景紧密相关，同时也与番茄的营养价值和风味紧密相连。

目前，已知的关键基因，如调控类黄酮合成和积累的 SlMYB12 、叶绿素降解限速酶基因SGR1 、八氢番茄红素合酶基因 PSY1 以及类胡萝卜素异构酶基因 CRTISO ，对番茄果色的形成起着决定性作用。笔者所在团队与山东农业大学李传友团队（以下简称“李传友团队”）合作，采用CRISPR/Cas9基因编辑技术，针对核心红果番茄自交系中的 SlMYB12 基因进行敲除，成功培育出了粉红色的番茄品种 。此外，通过敲除 PSY1基因，可使果实颜色从红色变为黄色；而敲除CRTISO 基因，则使果实呈现出橘色。在这一基础上，进一步利用同源重组技术，将功能正常的CRTISO 基因替换掉突变型，从而使果实颜色从橘色恢复为红色 。这一系列创新性的基因编辑工作，不仅丰富了番茄的颜色多样性，也为园艺作物的遗传改良提供了新的策略和工具。

此外，笔者所在团队与李传友团队合作利用CRISPR/Cas9多重基因编辑系统靶向敲除了红果番茄中控制3类色素合成或代谢的关键基因，这包括番茄红素合成限速酶基因 PSY1 、类黄酮合成关键调控基因 MYB12 和叶绿素降解限速酶基因SGR1 ，获得了纯合的三重突变体（ psy1 myb12sgr1 ）。三重突变体番茄的果实在成熟过程中不能合成番茄红素和柚皮素查尔酮，其叶绿素又不能被正常降解，因而呈现出绿色。将三重突变体与红果底盘材料进行回交，然后自交分离，获得了不同基因型、不同果色的番茄材料 ；并且除果色外，其他性状均没有受到影响，该策略很容易复制推广到其他蔬菜、水果和花卉等园艺作物中，而且对其他多基因控制性状的遗传改良具有借鉴作用。

5.1.3 果实形状调控

果实形状是重要的外观品质，直接影响消费者的购买欲望，并且决定品种的主要用途。番茄果实形状数量性状位点（quantitative trait locus，QTL）编码基因基本已被克隆。李传友团队 克隆了FS8.1位点编码基因——GT-2因子，此为控制番茄果实形状由圆形向椭圆形转变的关键基因位点；通过同时敲除 FS8.1 基因和控制株型和果实成熟一致性的 SP 基因，创制了果实抗压性显著提高、成熟一致性提升、株型紧凑，并且适合机械化采收的鲜食番茄材料，这为鲜食番茄种质创制提供了一条新途径 。除此之外，科学家们鉴定了1个APETALA2/乙烯应答因子（AP2/ERF）超家族转录因子——ENO，其调控顶端分生组织和花分生组织的大小，利用CRISPR基因编辑敲除该基因后，可促进花分生组织中干细胞的过度增殖，从而促进番茄果实子房数量增加，最终导致果实变大 。

5.1.4 果实硬度调控

果实硬度是果实品质的关键指标之一，可直接影响到果实的口感、耐储性和运输便捷性。最新研究揭示，通过CRISPR基因编辑技术同时敲除扩张蛋白编码基因 SlExp1 和内切葡聚糖酶编码基因 SlCel2 ，可明显增强果实的硬度 ；并且这种双重基因编辑策略显著提升了果实的硬度，而单独敲除任一基因则对硬度无明显影响。这一发现不仅为番茄果实硬度的改良提供了新的视角，也为基因编辑在未来农业中的应用开辟了新途径。

5.2 风味品质调控

5.2.1 可溶性糖含量调控

番茄果实的可溶性糖含量是衡量其品质的一个重要指标。Wang等 通过CRISPR/Cas9基因编辑技术，同时敲除 SlINVINH1 和 SlVPE5 基因，结果可以显著增加番茄果实中的可溶性糖含量，并且这2个基因表现出了协同效应。Li等 研究表明，敲除番茄醛糖还原酶基因 Sl-AKR9 ，可明显提升果实中的苯乙醛含量，还可以增加葡萄糖、果糖和可溶性固形物等的含量。这些研究结果为提高番茄可溶性糖的含量提供了科学依据。

5.2.2 芳香物质含量调控

番茄芳香物质是决定番茄风味和吸引力的关键因素之一，绝大多数消费者更加青睐香味浓郁的果实。Bian等 通过CRISPR基因编辑技术敲除了番茄中负责RNA甲基化修饰的m 6 A识别蛋白基因 SlYTH2 ，突变体果实芳香物质含量显著提升，并且保持了其他果实商品性状不变。这一突破性的发现，不仅为提升番茄果实品质开辟了新途径，也为采后品质的保持提供了创新的思路。

5.3 营养品质调控

5.3.1 番茄红素含量调控

番茄红素是一种天然的类胡萝卜素，主要存在于番茄及其制品中，也是番茄和其他红色水果和蔬菜中的主要色素。它是一种强效的抗氧化剂，能够帮助保护细胞免受自由基的损害。

因此，番茄红素的含量是评价番茄品质的关键标准。通过应用CRISPR/Cas9基因编辑技术，构建6个小导向（sgRNA）RNA表达盒，精确敲除与类胡萝卜素代谢途径紧密相关的5个关键基因（ LCY-B1 、 LCY-B2 、 LCY-E 、 Blc 和 SGR1 ）。

这一创新策略显著提升了番茄果实中番茄红素的含量，特别是敲除 SGR1 基因的果实，其番茄红素含量增加了5.1倍 ，展现了基因编辑技术在提高作物营养价值方面的巨大潜力。此外，研究人员利用CRISPR/Cas9基因编辑技术在2个携带野生型 SP 等位基因的不定花型优良番茄基因型（ LT16和 LT46 ）敲除 CYC-B ，提高了突变体果实中的茄红素含量，使果实颜色更加靓丽，并且更耐低温贮藏 。

5.3.2 花青素含量调控

花青素（Anthocyanins）是一类广泛存在于植物中的水溶性色素，它们赋予了许多水果、蔬菜、花卉和其他植物组织如叶片和茎的红色、紫色或蓝色。作为一种天然的抗氧化剂，具有诸多保健功能，如降低某些慢性疾病的风险、抗癌等。李传友团队克隆了果皮富含花青素的品种‘Indigo Rose’（InR）中控制花青素积累的基因 SlMYBATV 。Sun等 在调控位点 Aft 的背景下敲除 SlMYBATV ，可明显提高番茄果皮中花青素的含量。

5.3.3 维生素D含量调控

维生素D是人体必需的营养素，对维持钙稳态和骨骼健康至关重要。目前，人们主要通过饮食、日晒或服用药物来补充维生素D，但许多人对药物补充持保留态度，因而通过自然途径摄入维生素D成为首选。由于饮食中维生素D的摄入不足，维生素D缺乏已成为全球性的健康问题，选育富含维生素D的作物品种已迫在眉睫。

科学家们利用CRISPR基因编辑技术，成功地敲除了番茄中编码7-脱氢胆固醇还原酶（Sl7-DR2）的基因，使得番茄叶片和未成熟绿色果实中的7-脱氢胆固醇（7-DHC）含量显著增加 。随后，通过紫外线B（UVB）照射，7-DHC被转化为对人体有益的维生素D 3 。值得注意的是，这一基因编辑过程并未影响番茄的其他特性。这项创新技术的应用，造就了一种新型的超级番茄种质。

5.3.4 褪黑素含量调控

褪黑素，化学名称为N-乙酰-5-甲氧基色胺，是一种广泛存在于生物体内的多功能生理调节物质，在动植物的生长和发育过程中扮演着关键角色。褪黑素在植物体内主要作为生长调节剂，影响植物的生长和发育；同时参与调节植物的昼夜节律，影响光周期反应，从而影响植物的开花时间。褪黑素还具有抗氧化作用，帮助植物抵御环境压力，如干旱、盐碱等。科学家们利用CRISPR基因编辑的方法敲除 SlPIF4 基因，使得番茄果实褪黑素的含量提高；然而Zhang等 采取了一种创新的基因编辑策略，针对 SlPIF4 结合启动子的靶点 SlCOMT2 进行基因编辑，解除了SlPIF4 对 SlCOMT2 的转录抑制效应，促进了褪黑素的合成，将褪黑素含量提升更多的倍数，远超通过直接敲除 SlPIF4 提高褪黑素的含量。此项研究为创制高含量褪黑素番茄新种质提供了潜在途径。

6 CRISPR基因编辑技术在番茄从头驯化策略中的应用

醋栗番茄（ Solanum pimpinellifolium ）作为现代番茄的祖先，虽然果实较小且产量不高，但具有显著的抗病和抗逆能力。在番茄的驯化过程中，由于人类的选择性培育，许多原本具有抗逆性和丰富风味的基因位点被丢失，导致现代番茄在这些方面的性能有所下降。为了改善番茄栽培品种，现代生物育种技术采取了2种主要策略：一种是引入野生番茄的基因，另一种则是直接通过CRISPR多重基因编辑技术对野生番茄进行改良。后者因其效率更高而更广泛地被育种专家采用。

2018年，Zsögön等 通过CRISPR多重基因编辑技术对醋栗番茄中与驯化相关的基因进行了改良。结果发现，经过基因编辑的突变体后代植株在6个基因上发生了遗传变化，与野生型相比，其果实体积增大，产量增加，番茄红素含量更是达到了野生型的2倍，甚至是普通樱桃番茄的5倍。此外，2018年Li等 对醋栗番茄的开花光周期敏感性、株形控制基因 SP 和 SP5G 、果实大小控制基因 CLV3 和 WUS 以及维生素C合成酶基因GGP1 进行了多位点编辑。这些编辑使得番茄植株的光周期敏感性降低，株形从无限生长型转变为紧凑的有限生长型，改良后的植株不仅坐果率和果实成熟同步性提高，收获指数也有所增加，果实体积增大，维生素C含量提升；同时，这些改良株系还保留了野生番茄的天然抗病性和抗逆性。这种多基因编辑的从头驯化育种策略，为番茄现代生物育种提供了新的思路和方法。

7 展望

CRISPR基因编辑技术以其卓越的编辑效率、简便的操作流程和对多个基因位点的同步编辑能力，在多个领域展现出巨大的应用潜力，特别是在番茄这一理想的生物反应器中，基因编辑的应用前景更是无限广阔。通过精确地修饰番茄的基因序列，我们不仅能够增强其抗病性和抗逆性，还能提升其品质，从而有效应对人类对食品营养需求的日益增长以及全球气候变化带来的严峻挑战。

尽管基因编辑技术在应用中展现出巨大潜力，但其编辑效率、脱靶效应以及植物安全性问题仍需进一步优化。为了提升基因编辑的精准度和效率，我们需要不断改进基因编辑系统，确保其精确性和准确性；同时，建立一个完善的非转基因编辑体系将有助于规避转基因相关的安全性问题。这些努力将加速番茄基因编辑育种的产业化进程，为番茄产业的可持续发展提供强有力的技术支撑。

2022年4月，日本Sanatech Seed公司推出并公开销售了全球首款通过CRISPR/Cas9基因编辑技术培育的番茄品种‘Sicilian Rouge’。这种番茄的γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid，GABA）含量是普通番茄的4～5倍，标志着基因编辑作物首次进入商业化市场。在2023年4月，中国也迈出了重要一步，首次批准了高油酸大豆的基因编辑安全证书，这不仅预示着基因编辑技术在产业化道路上的广阔前景，也为中国在这一领域的自主创新和应用奠定了基础。展望未来，我们有理由相信，中国自主研发的高品质基因编辑番茄品种也将陆续问世，为农业科技和农产品市场的发展注入新的活力。

综上所述，基因编辑技术在番茄领域的应用虽然面临不少挑战，但基因编辑的前景是光明的。随着技术的持续进步与优化，CRISPR基因编辑系统的功能愈发强大。通过加强基因编辑技术与传统育种技术的深度融合，我们期待在未来的番茄生物育种等众多领域，基因编辑技术将展现出更加璀璨的发展前景。

来源：青钱柳