Validated MAGIC and GWAS population mapping reveals the link between vitamin E content and natural variation in chorismate metabolism in tomato

Tocochromanols constitute the different forms of vitamin E (VTE), essential components of the human diet, and display a high membrane protectant activity. By combining interval mapping and genome-wide association studies (GWAS), we unveiled the genetic determinants of tocochromanol accumulation in tomato (Solanum lycopersicum) fruits. To enhance the nutritional value of this highly consumed vegetable, we dissected the natural intraspecific variability of tocochromanols in tomato fruits and genetically engineered their biosynthetic pathway. These analyses allowed the identification of a total of 25 quantitative trait loci interspersed across the genome pinpointing the chorismate–tyrosine pathway as a regulatory hub controlling the supply of the aromatic head group for tocochromanol biosynthesis. To validate the link between the chorismate–tyrosine pathway and VTE, we engineered tomato plants to bypass the pathway at the arogenate branch point. Transgenic tomatoes showed moderate increments in tocopherols (up to approximately 20%) and a massive accumulation of tocotrienols (up to approximately 3400%). Gene expression analyses of these plants reveal a trade-off between VTE and natural variation in chorismate metabolism explained by transcriptional reprogramming of specific structural genes of the pathway. By restoring the accumulation of alpha-tocotrienols (α-t3) in fruits, the plants produced here are of high pharmacological and nutritional interest.Fil: Burgos, Estanislao. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: de Luca, Maria Belén. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Diouf, Isidore. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement;Fil: de Haro, Luis Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; ArgentinaFil: Albert, Elise. Michigan State University; Estados Unidos. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement;Fil: Sauvage, Christopher. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement; . Syngenta France SAS; FranciaFil: Tao, Zhao J.. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement;Fil: Bermudez Salazar, Luisa Fernanda. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Agronomía; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; ArgentinaFil: Asís, Ramon. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Córdoba. Centro de Investigaciones en Bioquímica Clínica e Inmunología; ArgentinaFil: Nesi, Adriano N.. Universidade Federal de Viçosa.; BrasilFil: Matringe, Michel. Universite Joseph Fourier; Francia. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement;Fil: Bréhélin, Claire. Universite Joseph Fourier; Francia. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement;Fil: Guiraud, Thomas. Universite de Bordeaux; Francia. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement;Fil: Ferrand, Carine. Universite de Bordeaux; Francia. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement;Fil: Atienza, Isabelle. Universite de Bordeaux; Francia. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement;Fil: Jorly, Joana. Universite de Bordeaux; Francia. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement;Fil: Mauxion, Jean P.. Universite de Bordeaux; Francia. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement;Fil: Baldet, Pierre. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement; . Universite de Bordeaux; FranciaFil: Fernie, Alisdair R.. Institut Max Planck fur Molekulare Physiologie; AlemaniaFil: Quadrana, Leandro. Inserm; Francia. Centre National de la Recherche Scientifique; FranciaFil: Rothan, Christophe. Universite de Bordeaux; Francia. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement;Fil: Causse, Mathilde. Centre Nouvelle - Aquitaine Bordeaux ; Instituto National de Recherches Agronomiques, Alimetation Et Environnement;Fil: Carrari, Fernando Oscar. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Fisiología, Biología Molecular y Neurociencias; Argentina. Universidad de Buenos Aires; Argentin