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黄三文,破译黄瓜基因密码

作者/来源:网友提供   发表时间:2021-02-28 22:04:26

  

余之敏

破译基因密码

黄三文至今仍清晰地记得上世纪80年代初,家乡的农民种植袁隆平培育的杂交水稻后产量翻了一番的场景。从那时起,他就对袁隆平非常崇拜。高考填志愿时,他报考了北京农业大学,学习植物育种学。

2004年,我国虽然已发展成为蔬菜生产和消费大国,实现了蔬菜的均衡供应,但与美国、荷兰、以色列等国家相比,我国的蔬菜育种水平差距仍然很大,很多蔬菜研究工作只能参考国外资料。面对此种状况,黄三文毅然放弃了在英国攻读博士后的机会,回国从事蔬菜基因组研究。

2005年2月4日,黄三文作为中方首席科学家参与了大型国际合作项目——国际马铃薯基因组计划。在进行对比研究期间,他发觉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,没有完整的分子标记遗传图谱,其中研究最透彻的遗传图谱也只有200多个分子标记,严重制约了黄瓜遗传育种研究。

别小看了黄瓜,它能在局部范围改善或创造出适宜的气象环境。黄瓜在我国每年播种面积约1500万亩,约占世界黄瓜播种面积的50%。黄瓜约有2.3万个基因,是现在已知着花植物中基因数目最少的,从它入手研究,难度低,若能攻下它的遗传基因图谱,就为研究其他蔬果打下基础,前景不可估量。当黄三文重新确定团队的突破重点时,很多人提出异议。“我们总不能样样都跟在别人后面亦步亦趋,我们也要敢于走在前面。”黄三文反驳的语气很激动,但又很坚定,不容置疑。

黄三文每天风雨无阻地下地干活,和农作物亲密接触,观察植物长势、病虫害生长等情况,一一做好纪录,然后回到实验室分析数据,追根溯源,大胆采用最新测序技术与传统技术相结合的测序手段进行研究。

日复一日的坚持,两年后他们终于破译了黄瓜的基因组遗传密码,从而打开了探究瓜类蔬菜多样性和功能基因的大门。

寻找苦味“元凶”

在破解了黄瓜的基因密码后,如何能有效地将研究成果运用到蔬菜种植上,成为黄三文研究的新课题。“现在,我们所吃的黄瓜香脆可口,略带甘甜。可实际上,已往的黄瓜多数都有苦味,尤其在南方生长的黄瓜更苦。这种苦味不仅影响了蔬果的品质,也影响了农民的生产效益。”黄三文说。

一些专家认为黄瓜有苦味是缺水造成的,黄三文觉得这种说法有一定道理。但黄三文根据经验大胆推测,有的黄瓜味苦可能由于存在某种物质,这种物质只有在黄瓜生长中遇到干旱、高温、泥土盐碱化等恶劣环境时才会分泌。

为了验证这一推测,黄三文和他的研究团队系统收集了世界各地的3342份遗传资源,涵盖了所有野生和人工栽培的黄瓜类型。通过日复一日的实验,黄三文的团队终于找出元凶——葫芦素C,极少量的葫芦素C就能造成苦味,甚至比咖啡因还要苦100倍。可怎样去掉黄瓜中的苦味呢?曾有荷兰育种专家提出了一种方法,即把葫芦素C粉碎掉,但这样做同时也会牺牲黄瓜的抗虫性。

黄三文认为荷兰专家的做法不可取。可是如何更加精准调控苦味,让可食用部位不苦,在其他部位苦,从而既保证果实品质,又保证黄瓜仍具有防御虫害的能力呢?陷入沉思的黄三文突然灵机一动,“或许从基因中能找到解决问题的钥匙。”

于是,从2012年起,他带领团队包下一片20亩的试验田,采用基因诱变的方法种植黄瓜,探寻苦味开关。夏季,温室大棚内酷热难耐,但为了掌握第一手资料,黄三文每天雷打不动地去试验田里给黄瓜逐一人工授粉、选种,观察并记录生长情况。每年的4月到11月,他和团队成员每天需工作12小时以上。

尝出来的科研成果

“逐一品尝,逐一筛选。”一天,黄三文郑重其事地向团队宣布了研究方案。大家面面相觑,“20亩地的黄瓜要逐一品尝?”很多人认为黄三文在开玩笑。

“这是一项繁琐的工程,还有可能什么都发现不了,但必须有人去做。”黄三文毅然决然地说。

按要求3人一组同时品尝,每根黄瓜需要品尝3次,每尝一口,都必须要用纯净水漱一下口,以免影响对下一口黄瓜味道的判断,要三人感觉一致才能最终下判定。那段时间,有的人一见到黄瓜就反胃。就这样,团队一共品尝了6万多根黄瓜、18万片黄瓜叶子,才找到了2株不苦的黄瓜。

那2株不苦的黄瓜让黄三文如獲至宝,种子则被当成珍宝一般保管了起来。只要能研究透不苦黄瓜的基因,就能破解黄瓜苦味的密码。这个过程说来简单,他们却用了整整3年时间,做了上千次的实验,才发现了控制黄瓜苦味物质合成的9个基因,并顺藤摸瓜地发现有2个控制苦味物质合成的基因,它们分别藏在叶片和果实中。经过不断探索,黄三文团队终于能把控制苦味合成的“开关”关上,不让黄瓜变苦;并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。

在此基础上,他们和湖南省蔬菜研究所培育了“蔬研”系列新品种黄瓜,成功解决了华南地区黄瓜品种变苦而丧失商品价值的难题,在湖南、湖北、福建、广东进行大面积推广,仅那一年就创造了约80亿元的经济价值。而此时,距离黄瓜基因组计划启动已过去整整7年。

黄瓜研究项目的成果带动了其他蔬菜的基因组研究,黄三文的研究团队先后在国际顶尖期刊发表10多篇研究论文,使我国蔬菜基因组研究进入国际领先行列。

“以前菜农担心黄瓜变苦了卖不出去,我们培育的黄瓜新品解决了这个问题。口感好的黄瓜,大家都喜欢吃。”黄三文说,自己的研究能造福农民,是他最开心的事。

如今,黄三文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,我就是要解决这个问题。”目前,他们已锁定了控制番茄口感的50个基因,相信在不久的未来,记忆中的美味番茄将摆上人们的餐桌。

编辑 刘雪薇 [email protected]

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