黄瓜基因组研究带动蔬菜学研究从跟跑到领跑

从2018年度国家科学技术奖励大会上获悉，中国农业科学院蔬菜花卉研究所黄三文研究员牵头完成的“黄瓜基因组和重要农艺性状基因研究”获国家自然科学二等奖。

园艺产业是我国农业的支柱产业，总产值超过9000亿元，吸纳了约1.5亿农村劳动力。老百姓抱怨“黄瓜没有黄瓜味啦！”“西红柿的味道越来越淡了”。如何培育品质优良且高产的蔬菜品种是老百姓关心的大事，也是我国蔬菜科研工作者努力的方向，但由于基础研究较为薄弱导致蔬菜优良品种培育进程缓慢。为了加强园艺基础研究，推动园艺产业从数量扩张型到质量提高型的转变，2007年初中国农业科学院蔬菜花卉所毅然决定自筹1200万元，发起国际黄瓜基因组计划，由黄三文率领研究团队攻坚克难，紧跟国际前沿，抓住第二代低成本测序技术出现的契机，谜底终于揭开。

破解黄瓜遗传密码 黄瓜育种进入分子时代

为加快蔬菜遗传育种研究进程，蔬菜花卉所研究人员抓住新一代基因组测序技术出现的契机，破解了第一个蔬菜作物-黄瓜的基因组遗传密码，以此为基础，研究了世界上主要黄瓜资源的全基因组遗传变异，证实了黄瓜原产于印度，经过人类驯化选择成为人们喜欢的蔬菜，后来传播到不同地域，形成了三个主要类型：欧亚黄瓜、东亚黄瓜、西双版纳黄瓜，发现东亚黄瓜与印度黄瓜的分离时间是2000多年，与张骞出使西域给中国带来这个大众蔬菜的史实相吻合。以上成果为发现黄瓜重要农艺性状控制基因提供了重要的资源和信息，也为黄瓜种质资源的育种利用提供了理论框架，以此为基础我国科研人员已克隆和定位了50多个黄瓜农艺性状基因，推动黄瓜育种进入分子设计时代。

探究黄瓜苦味的秘密 找到控制苦味“开关”

针对黄瓜单产较低和华南类型黄瓜偶有苦味的生产问题，研究人员发现了控制果实数目和苦味形成的关键基因。黄瓜只有雌花才能发育成商品瓜，发现M基因能够控制雌花的形成，M基因是黄瓜首个得到功能确证的重要农艺性状基因，结合该基因作用途径开发了提高雌花率的基因标记，用于辅助选育高产黄瓜。黄瓜中合成葫芦素C导致果实变苦，研究人员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，把果实“开关”关上，不让黄瓜变苦，把叶片“开关”打开，让叶片苦来抗虫。苦味物质精确调控是植物中首次揭示代谢产物的精确调控机制。

在探寻黄瓜苦味“开关”的过程中，为了判断黄瓜的叶片苦不苦？在还没有这么多仪器能直接作出大规模分析的情况下，黄三文团队采用了最简单、最便捷的方式，就是靠人去尝。团队二十几人，2012年整个暑假都在闷热的大棚里进行“化学分析”，使用的就是“最原始的仪器”——舌头。为了防止出现“误读”，每个“仪器”都要配备一大瓶水，每“化验”完一片要立即漱口，“要不尝不出下一棵是苦还是不苦”。3人一组同时品尝，结果一致才能最终判定。18万口苦叶子尝下来，终于找到了两株不苦的，叶子几乎被扑上来的研究者们“抢食一空”，种子则被非常金贵地保存了起来。依靠这两棵“吃苦”得来的研究材料，黄三文团队找到了控制黄瓜叶片苦味的开关，对照其结构和功能在果实中寻找，又“顺藤摸瓜”地找到了控制黄瓜果实苦味的开关。

清甜爽口“小黄瓜” 带动农民脱贫致富

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它蔬菜（包括白菜和番茄等）的基因组研究，我国科学家在Nature、Science和Cell等国际顶尖期刊发表10多篇研究论文，推动我国蔬菜基因组学科进入国际领先行列。同时，基因组研究推动了黄瓜基因的“掘金时代”，国内外黄瓜育种家基于上述发现，培育了‘蔬研’系列新品种，成功解决了华南黄瓜品种变苦而丧失商品价值的生产难题，累计推广约100万亩，创造约80亿元的经济价值，取得了显著的社会效益。