华中农业大学博士生（现为该校博士后）以第一作者身份发表Advanced Science

农业生产面临镉（Cd）等重金属污染的潜在威胁。矿山和金属冶炼废水等工业生产等导致耕地中的Cd暴露，既阻碍植物生长，又通过食物链威胁人类健康。番茄作为全球消费量最大的蔬菜之一，其Cd积累的遗传机制目前仍不清楚。

近日，华中农业大学园艺林学学院、果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室/湖北洪山实验室番茄研究团队在国际期刊Advanced Science发表了题为Co-Selection of Low Cadmium Accumulation and High YieldDuring Tomato Improvement的研究论文，揭示了番茄在改良进程中如何“一举两得”——同步提高产量并降低Cd积累。文章指出，这一看似偶然的“双赢”，实则源于基因组上的一段“遗传搭车”效应。

研究团队对全球506份番茄核心种质进行了Cd积累能力鉴定，发现相对于野生番茄和樱桃番茄群体，大果番茄群体的Cd积累能力更弱。通过全基因组关联分析（GWAS），成功在3号染色体末端锁定一个控制Cd积累的关键基因——LCT1（Low Cadmium in Tomato 1）。该基因编码类黄酮3’-羟化酶（F3’H），其3’UTR区域的一个自然变异位点SNP3-A可显著降低番茄植株及果实中的Cd含量。深入分析发现，miR8762靶向LCT1的3’UTR以抑制其表达，而SNP3-A恰好破坏了miR8762的结合位点，LCT1表达随之升高，镉积累则显著降低。

进一步研究发现，“低Cd”等位基因LCT1A与“大果”等位基因fw3.2T紧密连锁。回溯番茄的驯化改良历程，从野生番茄到樱桃番茄，再到大果番茄，LCT1A的频率从不足10%上升至85%以上，其上升轨迹与fw3.2T的固定过程几乎同步，且二者均在樱桃番茄到大果番茄这一改良阶段受到最为强烈的选择。因此，这使得人类在追求更大果实的同时，无意间通过连锁效应降低了果实Cd积累能力，实现了产量与食用安全性的协同提升。

该研究首次从遗传学层面阐明，由于与“大果”基因紧密连锁，“低Cd”这一原本处于“隐藏”状态的优良性状，在从未被刻意选育的情况下仍得以保留并不断富集。这一发现不仅提供了可直接用于番茄低Cd育种的分子标记，也为作物“高产—安全”协同改良探索出一条全新的分子设计路径。

华中农业大学园艺林学学院毕业博士生张星雨（现为华中农业大学博士后）为论文第一作者，园艺林学学院、果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室/湖北洪山实验室番茄研究团队张余洋教授为论文通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等项目资助。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/advs.202505138