闪电新闻

立即打开

人物丨他用十年破解黄瓜基因

2019-02-27 13:16 广州日报

黄三文(前排左一)团队成功培育了无苦味的黄瓜新品种。

黄瓜我们经常吃,但像中国农业科学院研究员黄三文吃黄瓜吃得获国家自然科学奖的却极其罕见。2019年1月,黄三文的《黄瓜基因组和重要农艺性状基因研究》项目获得国家自然科学奖二等奖。

过去十年间,以黄三文为首席科学家的团队破译黄瓜基因组,成功培育了无苦味的黄瓜新品种。他们在破译世界第一个蔬菜作物基因组的同时,还让我国蔬菜基因组科学实现了从跟跑到领跑的重大跨越。

黄三文说,可别小看了小小的黄瓜,黄瓜是我国重要设施蔬菜,年播种面积约1500万亩,约占世界播种面积的50%。它常被用来作为研究植物性别决定、维管束形成的重要模式系统。

在黄瓜基因库中“掘金”

1996年,黄三文来到中国农业科学院从事蔬菜遗传育种研究。他与黄瓜“结缘”是在2006年。黄三文说,国内外黄瓜遗传育种研究一直落后于番茄、白菜等主要蔬菜作物,在团队对黄瓜基因开展研究之前,黄瓜一直没有完整的分子标记遗传图谱,最好的遗传图谱只有200 多个分子标记,大部分是不可移植的标记,这严重制约了黄瓜遗传育种研究。2006年,新一代基因测序技术问世,让以前效率低、耗时长、成本高的生物基因组测序成为可能。

黄三文大胆采用最新测序技术与传统技术相结合的测序手段,仅仅两年时间,就出了成果。研究成果在2009年11月的《自然—遗传学》(Nature Genetics)上作为封面文章发表。这是第一个蔬菜作物全基因组分析论文,也是我国园艺界第一次在高影响因子的国际学术期刊上发表论文。

2013 年10 月,国际权威学术期刊《自然―遗传学(Nature Genetics)》再度发表了由黄三文领衔的国际黄瓜基因组研究团队的论文。该研究对115个黄瓜品系进行了深度重测序,并构建了包含360 多万个位点的全基因组遗传变异图谱。黄三文研究后发现,野生黄瓜果实和植株都比较矮小,果实极苦,在印度被作为草药使用。经过人类的“驯化”,黄瓜果实和叶片都变大,果实也失去了苦味,由草药变成了蔬菜。黄瓜传到中国后,为了提高产量,人们渐渐忽视了品质,黄瓜没有黄瓜味了,甚至变得有些苦,不好吃。因此,破译黄瓜基因组只是一个起点,黄三文真正要做的,是要破解黄瓜基因密码,控制黄瓜的遗传育种。

3年尝了6万根黄瓜

黄三文告诉记者,那段时间,他整天冥思苦想的问题就是如何让黄瓜不苦。睡觉也在想,走路也在想,在田间地头时也在想。黄三文说,他当时就给自己定下了目标:利用基因组技术,提高蔬菜遗传育种研究水平,培育出更好吃、产量更高的品种。

黄三文感叹说,做农业基础研究既是个体力活,又是个脑力活。黄瓜有2.3万多个基因,早期技术有限,他们下了苦功夫才破解黄瓜的基因组,“我们发表的第一篇相关论文有近100个作者”。

为了找出控制黄瓜苦味的基因,黄三文团队包下一片黄瓜试验田,采用基因诱变的方法种植了6万多根黄瓜,并亲自品尝,筛选不苦的黄瓜。

“2012年暑假,我们实验小组20多个人,都钻进闷热的大棚里面品尝黄瓜。尝了6万多根黄瓜,每尝一口黄瓜苦还是不苦,必须要用矿泉水漱一下口,否则尝不出下一棵是苦还是不苦”,黄三文说,每根黄瓜需要独立品尝3次,3人一组同时品尝,结果一致才能最终判定。与此同时,他们还品尝了18万片黄瓜叶子,才最终找到了两株不苦的。“连吃二十几天的时候,我们多人的舌头都开始麻木了。”

这两根不苦的黄瓜就成了宝,种子则像金子一样被保管了起来。对于不苦的黄瓜来说,苦味就是突变基因,研究它们的苦味就能破解黄瓜苦味的密码。黄三文对不苦的黄瓜进行研究,发现了控制黄瓜苦味物质合成的9个基因,并发现有两个“开关”基因分别在叶片和果实中控制苦味物质的合成。

最终,黄三文团队把果实控制苦味物质合成的“开关”关上,不让黄瓜变苦;把叶片控制苦味物质合成的“开关”打开,让叶片苦来抵御虫害。

历时7年破解黄瓜遗传密码

黄三文说,寻找这两个控制黄瓜苦味的“开关”是一个艰难的过程,就整整花了3年时间。一开始他发现,黄瓜的苦味是由葫芦素引起的,极少量的葫芦素就能引起明显的苦味,比咖啡因还要苦100倍。

数年探索,黄三文找到了合成苦味物质葫芦素C的9个基因,这9个基因制造苦味物质葫芦素C,苦味的出现由两个“主开关基因”控制,这就为培育高产、兼顾叶苦抗虫和果实不苦的新品种提供理论基础,成功解决了华南黄瓜品种变苦而难卖的难题,创造了约80亿元的经济价值。

2014 年,黄三文团队在《科学》上发文宣布发现控制果实数目和苦味形成的关键基因。此时,距离黄瓜基因组计划启动已整整过去7年时间。

黄瓜是蔬菜中第一完成基因组研究的作物,这个项目的成果带动了其他蔬菜(白菜、番茄等)的基因组研究,研究团队先后在Nature、Science和Cell等国际顶尖期刊发表10多篇研究论文,使我国蔬菜基因组学科进入国际领先行列。

如今,他正带队开展另一项科研攻关——恢复番茄原来的口味。“现在大家都说番茄没有以前好吃了,我要解决这个问题,争取5年内推出新品种。”

文/广州日报全媒体记者肖欢欢 图/受访者提供

暂无评论 抢个沙发吧

相关推荐