近日，四川大學生命科學學院劉明春教授團隊在Science子刊Science Advances 上發表題為“Removal of toxic steroidal glycoalkaloids and bitterness in tomato is controlled by a complex epigenetic and genetic network”的研究論文。四川大學作為第一署名單位，通訊作者為劉明春教授，第一作者為已畢業博士白峰（現為四川大學生命學院博士後）。
甾體糖苷生物鹼（Steroidal glycoalkaloids, SGA）是茄科植物中一類重要的防禦性次生代謝產物，在番茄等未成熟果實中主要以α-番茄鹼的形式存在，在抵禦病蟲害侵害過程中發揮重要作用。由於α-番茄鹼具有苦味與一定的毒性，不利於透過動物取食等方式傳播種子。
因此，在果實成熟過程中，α-番茄鹼會透過多步酶促反應轉化為無毒無苦味的七葉皂苷，這一代謝轉化過程對種子的傳播以及果實口感和食用安全性均非常重要，是番茄馴化過程中驅動番茄從苦澀到美味轉變的關鍵。儘管目前對SGA代謝通路已有較多研究，但番茄果實成熟過程中調控果實去毒去苦的調控機制及分子網路仍待系統解析。研究深入解析了表觀遺傳修飾、植物激素和關鍵轉錄因子協同調控番茄果實成熟過程中SGA代謝重程式設計的多層次分子網路，並發現該網路在番茄馴化過程中受到自然選擇，驅動毒性SGA在果實成熟期間快速定向轉化。
該研究揭示了表觀遺傳修飾（DNA去甲基化、組蛋白乙醯化）、植物激素（乙烯、JA）及轉錄因子網路在SGA代謝重程式設計中的多層次協同調控機制。DNA去甲基化透過DML2介導的GAME基因啟動子區域去甲基化啟用轉錄，乙烯訊號通路透過NOR、RIN和FUL1直接調控多個GAME基因表達，而JA訊號通路則透過MYC2介導的組蛋白乙醯化修飾精細調控GAME36的表達。
此外，還從分子進化角度闡明瞭馴化過程如何透過重塑基因網路，透過抑制上游毒性物質的合成和增強下游解毒基因的表達，顯著降低番茄果實中的SGA含量，同時提升其食用安全性和適口性。這一研究不僅深化了對SGA代謝調控網路的理解，還為透過分子育種手段最佳化茄科作物抗性與品質平衡提供了重要的理論依據。
圖1. 果實成熟過程中調控有毒茄鹼轉化的模式圖
在綠果期，由於DNA高度甲基化及乙烯合成水平較低，靶基因呈現極低表達狀態；隨著果實成熟，DNA去甲基化程序、乙烯合成增強，以及MYC2招募的組蛋白乙醯化共同驅動有毒的α-番茄鹼向無毒無苦味的七葉皂苷轉化。
四川大學劉明春課題組長期聚焦果實成熟與品質代謝的調控機制研究。近五年，以通訊聯絡人在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) 等國內外知名期刊上發表了一系列研究成果，深入解析了果實成熟和品質代謝的調控機制及分子網路。研究結果不僅為高品質、耐貯運新種質的創制奠定了基礎，也為果實品質調控及採後綠色貯運保鮮技術的研發提供了新靶點。部分成果獲重慶市自然科學一等獎和四川省科技進步二等獎。
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