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基因開關”讓小黃瓜創造80億經濟價值!

2019年07月25日 09:23經濟日報

園藝產業是我國農業的支柱產業,總產值超過9000億元,吸納了約1.5億農村勞動力。老百姓抱怨“黃瓜沒有黃瓜味啦!”“西紅柿的味道越來越淡了”。如何培育品質優良且高產的蔬菜品種是老百姓關心的大事,也是我國蔬菜科研工作者努力的方向,但由于基礎研究較為薄弱導致蔬菜優良品種培育進程緩慢。為了加強園藝基礎研究,推動園藝產業從數量擴張型到質量提高型的轉變,2007年初中國農業科學院蔬菜花卉所毅然決定自籌1200萬元,發起國際黃瓜基因組計劃,由黃三文率領研究團隊攻堅克難,緊跟國際前沿,抓住第二代低成本測序技術出現的契機,謎底終于揭開。

為加快蔬菜遺傳育種研究進程,蔬菜花卉所研究人員抓住新一代基因組測序技術出現的契機,破解了第一個蔬菜作物-黃瓜的基因組遺傳密碼,以此為基礎,研究了世界上主要黃瓜資源的全基因組遺傳變異,證實了黃瓜原產于印度,經過人類馴化選擇成為人們喜歡的蔬菜,后來傳播到不同地域,形成了三個主要類型:歐亞黃瓜、東亞黃瓜、西雙版納黃瓜,發現東亞黃瓜與印度黃瓜的分離時間是2000多年,與張騫出使西域給中國帶來這個大眾蔬菜的史實相吻合。以上成果為發現黃瓜重要農藝性狀控制基因提供了重要的資源和信息,也為黃瓜種質資源的育種利用提供了理論框架,以此為基礎我國科研人員已克隆和定位了50多個黃瓜農藝性狀基因,推動黃瓜育種進入分子設計時代。

針對黃瓜單產較低和華南類型黃瓜偶有苦味的生產問題,研究人員發現了控制果實數目和苦味形成的關鍵基因。黃瓜只有雌花才能發育成商品瓜,發現M基因能夠控制雌花的形成,M基因是黃瓜首個得到功能確證的重要農藝性狀基因,結合該基因作用途徑開發了提高雌花率的基因標記,用于輔助選育高產黃瓜。黃瓜中合成葫蘆素C導致果實變苦,研究人員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,把果實“開關”關上,不讓黃瓜變苦,把葉片“開關”打開,讓葉片苦來抗蟲。苦味物質精確調控是植物中首次揭示代謝產物的精確調控機制。

在探尋黃瓜苦味“開關”的過程中,為了判斷黃瓜的葉片苦不苦?在還沒有這么多儀器能直接作出大規模分析的情況下,黃三文團隊采用了最簡單、最便捷的方式,就是靠人去嘗。團隊二十幾人,2012年整個暑假都在悶熱的大棚里進行“化學分析”,使用的就是“最原始的儀器”——舌頭。為了防止出現“誤讀”,每個“儀器”都要配備一大瓶水,每“化驗”完一片要立即漱口,“要不嘗不出下一棵是苦還是不苦”。3人一組同時品嘗,結果一致才能最終判定。18萬口苦葉子嘗下來,終于找到了兩株不苦的,葉子幾乎被撲上來的研究者們“搶食一空”,種子則被非常金貴地保存了起來。依靠這兩棵“吃苦”得來的研究材料,黃三文團隊找到了控制黃瓜葉片苦味的開關,對照其結構和功能在果實中尋找,又“順藤摸瓜”地找到了控制黃瓜果實苦味的開關。

據悉,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它蔬菜(包括白菜和番茄等)的基因組研究,我國科學家在Nature、Science和Cell等國際頂尖期刊發表10多篇研究論文,推動我國蔬菜基因組學科進入國際領先行列。同時,基因組研究推動了黃瓜基因的“掘金時代”,國內外黃瓜育種家基于上述發現,培育了“蔬研”系列新品種,成功解決了華南黃瓜品種變苦而喪失商品價值的生產難題,累計推廣約100萬畝,創造約80億元的經濟價值,取得了顯著的社會效益。

(作者:常理)

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