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    【中國夢·踐行者】10年破譯黃瓜基因 他們創造出80億元經濟價值
     
    http://www.4181809.com  發布時間:2019-02-28 09:31  來源:大洋網
     
     

    黃三文(前排左一)團隊成功培育了無苦味的黃瓜新品種。

        黃瓜我們經常吃,但像中國農業科學院研究員黃三文吃黃瓜吃得獲國家自然科學獎的卻極其罕見。2019年1月,黃三文的《黃瓜基因組和重要農藝性狀基因研究》項目獲得國家自然科學獎二等獎。

      過去十年間,以黃三文為首席科學家的團隊破譯黃瓜基因組,成功培育了無苦味的黃瓜新品種。他們在破譯世界第一個蔬菜作物基因組的同時,還讓我國蔬菜基因組科學實現了從跟跑到領跑的重大跨越。

    黃三文說,可別小看了小小的黃瓜,黃瓜是我國重要設施蔬菜,年播種面積約1500萬畝,約占世界播種面積的50%。它常被用來作為研究植物性別決定、維管束形成的重要模式系統。

    在黃瓜基因庫中“掘金”

    1996年,黃三文來到中國農業科學院從事蔬菜遺傳育種研究。他與黃瓜“結緣”是在2006年。黃三文說,國內外黃瓜遺傳育種研究一直落后于番茄、白菜等主要蔬菜作物,在團隊對黃瓜基因開展研究之前,黃瓜一直沒有完整的分子標記遺傳圖譜,最好的遺傳圖譜只有200多個分子標記,大部分是不可移植的標記,這嚴重制約了黃瓜遺傳育種研究。2006年,新一代基因測序技術問世,讓以前效率低、耗時長、成本高的生物基因組測序成為可能。

    黃三文大膽采用最新測序技術與傳統技術相結合的測序手段,僅僅兩年時間,就出了成果。研究成果在2009年11月的《自然—遺傳學》(Nature Genetics)上作為封面文章發表。這是第一個蔬菜作物全基因組分析論文,也是我國園藝界第一次在高影響因子的國際學術期刊上發表論文。

    2013年10月,國際權威學術期刊《自然―遺傳學(Nature Genetics)》再度發表了由黃三文領銜的國際黃瓜基因組研究團隊的論文。該研究對115個黃瓜品系進行了深度重測序,并構建了包含360多萬個位點的全基因組遺傳變異圖譜。黃三文研究后發現,野生黃瓜果實和植株都比較矮小,果實極苦,在印度被作為草藥使用。經過人類的“馴化”,黃瓜果實和葉片都變大,果實也失去了苦味,由草藥變成了蔬菜。黃瓜傳到中國后,為了提高產量,人們漸漸忽視了品質,黃瓜沒有黃瓜味了,甚至變得有些苦,不好吃。因此,破譯黃瓜基因組只是一個起點,黃三文真正要做的,是要破解黃瓜基因密碼,控制黃瓜的遺傳育種。

    3年嘗了6萬根黃瓜

    黃三文告訴記者,那段時間,他整天冥思苦想的問題就是如何讓黃瓜不苦。睡覺也在想,走路也在想,在田間地頭時也在想。黃三文說,他當時就給自己定下了目標:利用基因組技術,提高蔬菜遺傳育種研究水平,培育出更好吃、產量更高的品種。

    黃三文感嘆說,做農業基礎研究既是個體力活,又是個腦力活。黃瓜有2.3萬多個基因,早期技術有限,他們下了苦功夫才破解黃瓜的基因組,“我們發表的第一篇相關論文有近100個作者”。

    為了找出控制黃瓜苦味的基因,黃三文團隊包下一片黃瓜試驗田,采用基因誘變的方法種植了6萬多根黃瓜,并親自品嘗,篩選不苦的黃瓜。

    “2012年暑假,我們實驗小組20多個人,都鉆進悶熱的大棚里面品嘗黃瓜。嘗了6萬多根黃瓜,每嘗一口黃瓜苦還是不苦,必須要用礦泉水漱一下口,否則嘗不出下一棵是苦還是不苦”,黃三文說,每根黃瓜需要獨立品嘗3次,3人一組同時品嘗,結果一致才能最終判定。與此同時,他們還品嘗了18萬片黃瓜葉子,才最終找到了兩株不苦的。“連吃二十幾天的時候,我們多人的舌頭都開始麻木了。”

    這兩根不苦的黃瓜就成了寶,種子則像金子一樣被保管了起來。對于不苦的黃瓜來說,苦味就是突變基因,研究它們的苦味就能破解黃瓜苦味的密碼。黃三文對不苦的黃瓜進行研究,發現了控制黃瓜苦味物質合成的9個基因,并發現有兩個“開關”基因分別在葉片和果實中控制苦味物質的合成。

    最終,黃三文團隊把果實控制苦味物質合成的“開關”關上,不讓黃瓜變苦;把葉片控制苦味物質合成的“開關”打開,讓葉片苦來抵御蟲害。

    歷時7年破解黃瓜遺傳密碼

    黃三文說,尋找這兩個控制黃瓜苦味的“開關”是一個艱難的過程,就整整花了3年時間。一開始他發現,黃瓜的苦味是由葫蘆素引起的,極少量的葫蘆素就能引起明顯的苦味,比咖啡因還要苦100倍。

      數年探索,黃三文找到了合成苦味物質葫蘆素C的9個基因,這9個基因制造苦味物質葫蘆素C,苦味的出現由兩個“主開關基因”控制,這就為培育高產、兼顧葉苦抗蟲和果實不苦的新品種提供理論基礎,成功解決了華南黃瓜品種變苦而難賣的難題,創造了約80億元的經濟價值。

    2014年,黃三文團隊在《科學》上發文宣布發現控制果實數目和苦味形成的關鍵基因。此時,距離黃瓜基因組計劃啟動已整整過去7年時間。

    黃瓜是蔬菜中第一完成基因組研究的作物,這個項目的成果帶動了其他蔬菜(白菜、番茄等)的基因組研究,研究團隊先后在Nature、Science和Cell等國際頂尖期刊發表10多篇研究論文,使我國蔬菜基因組學科進入國際領先行列。

    如今,他正帶隊開展另一項科研攻關——恢復番茄原來的口味。“現在大家都說番茄沒有以前好吃了,我要解決這個問題,爭取5年內推出新品種。”

     
     
     
    責任編輯:
    孫曉娟
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