在番茄驯化过程中，从野生番茄（PIM）到樱桃番茄（CER），再到现代栽培番茄（BIG），SGA含量呈现阶梯式下降。通过对342份番茄种质资源的代谢组和转录组数据分析发现，从PIM到CER再到BIG，α-番茄碱及其下游代谢产物的含量显著降低，而七叶皂苷A的含量则逐渐增加。这一变化与DML2及下游GAME基因的选择密切相关。此外，驯化过程中上游SGA合成基因的表达受到抑制，而下游解毒基因的表达显著增强，进一步促进了有毒SGA的转化。这种“节流开源”的策略在驯化过程中被优先选择，使得栽培番茄在保留一定抗病能力的同时，显著提升了果实的食用品质和安全性。值得注意的是，关键转录因子（如MYC2、NOR和FUL1）的基因组区域在驯化过程中也经历了选择，其表达水平的变化与GAME基因的表达模式高度一致，进一步支持了这些转录因子在SGA代谢调控中的重要作用。
图1. 表观修饰、植物激素和转录因子形成的复杂分子网络调控有毒茄碱的转化
a, 番茄成熟期间有毒茄碱转化的代谢途径；b，DML2和成熟期间催化有毒茄碱转化的4个GAME基因高度相关；c，dml2突变体中4个GAME基因的DNA甲基化程度显著增加；d，不同植物激素处理后4个催化有毒茄碱转化的GAME基因的表达量变化；e，不同成熟相关转录因子突变体中有毒茄碱的转化受到显著抑制；f，MYC2招募组蛋白乙酰化修饰调控GAME36；g，番茄驯化过程中涉及有毒茄碱转化基因的表达量分析。
综上所述，该研究揭示了表观遗传修饰（DNA去甲基化、组蛋白乙酰化）、植物激素（乙烯、JA）及转录因子网络在SGA代谢重编程中的多层次协同调控机制。DNA去甲基化通过DML2介导的GAME基因启动子区域去甲基化激活转录，乙烯信号通路通过NOR、RIN和FUL1直接调控多个GAME基因表达，而JA信号通路则通过MYC2介导的组蛋白乙酰化修饰精细调控GAME36的表达。此外，还从分子进化角度阐明了驯化过程如何通过重塑基因网络，通过抑制上游毒性物质的合成和增强下游解毒基因的表达，显著降低番茄果实中的SGA含量，同时提升其食用安全性和适口性。这一研究不仅深化了对SGA代谢调控网络的理解，还为通过分子育种手段优化茄科作物抗性与品质平衡提供了重要的理论依据。
图2. 果实成熟过程中调控有毒茄碱转化的模式图。
在绿果期，由于DNA高度甲基化及乙烯合成水平较低，靶基因呈现极低表达状态；随着果实成熟，DNA去甲基化进程、乙烯合成增强，以及MYC2招募的组蛋白乙酰化共同驱动有毒的α-番茄碱向无毒无苦味的七叶皂苷转化。
四川大学生命科学学院刘明春教授为该论文的独立通讯作者，已毕业博士研究生白峰（现为四川大学生命学院博士后）为该论文第一作者。课题组成员武孟波、许伟杰，华大生命科学研究院黄伟副研究员，广西农业科学院王益奎教授、法国图卢兹大学Julien Pirrello博士和Mondher Bouzayen教授、英国华威大学洪益国教授、重庆大学李正国教授、四川大学张阳教授和钟振晖教授参与了本研究。该研究得到了国家自然科学基金、四川省自然科学基金等课题和项目的资助。
四川大学刘明春课题组长期聚焦果实成熟与品质代谢的调控机制研究。近五年，以通讯联系人在Developmental Cell (2024)、Science Advances (2025)、Nature Communications (2024)、Plant Cell (2022)、Molecular Plant (2020)、Plant Biotechnology Journal (2024)、New Phytologist (2020, 2022, 2023, 2024a, 2024b)、Journal of Integrative Plant Biology (2024)、Plant Physiology (2023)、Plant Journal (2023)、Horticulture Research (2023, 2024b, 2024c, 2025) 等国内外知名期刊上发表了一系列研究成果，深入解析了果实成熟和品质代谢的调控机制及分子网络。研究结果不仅为高品质、耐贮运新种质的创制奠定了基础，也为果实品质调控及采后绿色贮运保鲜技术的研发提供了新靶点。部分成果获重庆市自然科学一等奖和四川省科技进步二等奖。
