柑橘團隊的“甜橙密碼”

編輯|孫潔

柑橘團隊的“甜橙密碼”

編輯|孫潔

團隊，永遠是科研至關重要的發(fā)展動力，一個優(yōu)秀的科研成果背后，一定有一個由一群優(yōu)秀且團結的“奮斗人”組成的團隊。

國產(chǎn)鮮食柑橘全年可見，這在以前是不可能實現(xiàn)的。為了避免柑橘集中上市造成的賣難問題，也讓人們隨時都能吃到國產(chǎn)鮮柑橘，華中農(nóng)業(yè)大學鄧秀新院士帶領團隊，正在讓不可能變?yōu)榭赡?。團隊，永遠是科研至關重要的發(fā)展動力，一個優(yōu)秀的科研成果背后，一定有一個由一群優(yōu)秀且團結的“奮斗人”組成的團隊。

科研創(chuàng)新 解碼“多胚”機理

2017年4月11日，鄧秀新院士領銜的柑橘團隊在國際學術權威刊物發(fā)表了無性生殖領域取得的研究進展。這項工作以柑橘原始種、野生種和栽培種的基因組為基礎，采用比較基因組、遺傳學和轉錄組等方法解析了柑橘“多胚”形成的分子基礎，鎖定了關鍵基因CitRWP。

該研究完成了四個柑橘代表種的基因組，利用單分子測序技術（PacBio）構建了迄今為止最為完整的柑橘基因組，其中Contig N50為2.2 Mb，是已經(jīng)報道的柑橘基因組的18倍以上?；蚪M比較分析發(fā)現(xiàn)柑橘品種特有的基因組區(qū)段大部分為重復序列及未知功能的基因，大約有1/5的基因已知功能并富集在抗性、蛋白水解及果膠裂解等生物學途徑。本研究進一步對本室搜集的100份代表原始、野生和栽培柑橘進行深度測序并群體比較，分析表明原始柑橘的遺傳多樣性最高，栽培柑橘中的生殖和能量代謝相關的基因受到了選擇。

種子由多到少、由大到小，以及生殖模式由單胚到多胚的轉換是柑橘“原始-野生-栽培”過程中最明顯的演化規(guī)律之一。絕大多數(shù)植物的胚由受精卵發(fā)育而來，而柑橘珠心組織的體細胞也可發(fā)育成胚，叫做珠心胚。大多數(shù)柑橘品種一粒種子可產(chǎn)生2-10個珠心胚，進而萌發(fā)成多棵珠心苗，稱之為多胚性。柑橘的多胚性是自然界中最穩(wěn)定的無融合生殖類型之一，具有獨特的研究與育種價值。本研究利用柑橘基因組平臺優(yōu)勢結合前期構建的遺傳群體，針對性設計了極端表型混池測序和局部基因關聯(lián)分析的策略，將柑橘多胚位點定位到一段80-Kb的區(qū)域，包含11個候選基因。進一步精細剖析發(fā)現(xiàn)候選基因CitRWP與多胚性狀的關聯(lián)程度最高，并表現(xiàn)出胚珠特異表達的特點，且在多胚的表達顯著高于單胚。在多胚柑橘品種中，該基因啟動子區(qū)域有MITE（Miniature Inverted-repeat Transposable Element）轉座子插入，并在786份自然變異資源中與多胚性狀完全共分離。

柑橘多胚基因的發(fā)掘和利用對于固定優(yōu)良基因型、排除珠心胚的干擾、提高育種效率具有重要意義。在柑橘苗木繁育中常利用多胚性來生產(chǎn)整齊一致的砧木或品種，在柑橘馴化和栽培過程中多胚性也常被人們利用保存優(yōu)良基因型。

這篇論文是鄧秀新柑橘團隊基因組研究的又一成果。

早在2013年，柑橘團隊在《自然遺傳學》雜志發(fā)表了柑橘（蕓香科）第一例基因組，并解析了甜橙果實富含維生素C的分子基礎，破解了甜橙基因“密碼”。在此后研究中，團隊有意識地鎖定甜橙農(nóng)藝性狀，有利于培養(yǎng)出更好、更健康的品種。經(jīng)過4年的努力，柑橘團隊自主完成了5例基因組，從上游到下游建立起一套適合于多年生果樹作物開展正向遺傳學研究的方法，并在果實品質和無性生殖研究取得新進展。

甜橙基因圖譜是中國自主完成的首個果樹作物基因組序列圖譜，也是世界上第一例蕓香科植物基因組圖譜。據(jù)了解，國際柑橘基因組計劃2003年啟動以來，直到2011年1月，才釋放了克里曼丁橘和甜橙的基因組草圖，克里曼丁橘主要栽培在地中海地區(qū)，只占世界柑橘產(chǎn)量的不到10%。一直以來，各國科學家期望獲得高質量的甜橙基因組圖譜。2011年，鄧秀新和阮一駿的團隊開始繪制甜橙基因圖譜。不到兩年，即得到覆蓋率近90%的高質量圖譜。業(yè)內(nèi)評價稱，甜橙基因測序代表了“中國速度”。該研究使得中國成為繼以色列和日本之后的世界上第三個獲得柑橘原生質體再生植株的國家。

近10年來，柑橘團隊在國際上發(fā)表柑橘研究論文占中國科學家的四分之一。鄧秀新帶領的柑橘團隊在柑橘種質資源與遺傳改良研究、對中國柑橘產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及為促進國際柑橘學術交流等方面做出了杰出貢獻。

此次研究為進一步精確利用“多胚性”分子設計輔助柑橘育種提供了基因資源，同時對于大田作物引入無融合生殖性狀固定雜種優(yōu)勢也具有借鑒價值。

鄧秀新說，農(nóng)業(yè)科研不是簡單地去教農(nóng)民種幾棵樹，而應該跳出純技術指導的思維，站在世界柑橘產(chǎn)業(yè)的前沿，將技術作為產(chǎn)業(yè)的一個要素加以考慮，與觀念、市場相結合，形成產(chǎn)業(yè)鏈，從而真正推動我國柑橘產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

富民增收 科研寫在大地上

柑橘是世界第一大水果，也是我國南方第一大水果，2014年產(chǎn)量3492萬噸，占我國水果總產(chǎn)量的21%。柑橘往往生長在山區(qū)和貧困地區(qū)，也因此成為扶貧的主導產(chǎn)業(yè)。20世紀80年代中后期，柑橘產(chǎn)業(yè)一度成為三峽庫區(qū)移民就地安置的支柱產(chǎn)業(yè)。但由于當時對產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的認識不深，一些產(chǎn)區(qū)盲目發(fā)展，導致建園標準低下、品種結構不優(yōu)、成熟期過于集中、良種率不高，柑橘產(chǎn)業(yè)整體效益低。

面對我國柑橘品質長期徘徊不前的局面，鄧秀新帶領團隊沖了上去。華中農(nóng)業(yè)大學早在20世紀50年代就開始研究柑橘，1987年獨立培養(yǎng)出了新中國第一位專門從事柑橘研究的果樹學博士——鄧秀新。之后，為發(fā)展我國柑橘產(chǎn)業(yè)，鄧秀新的研究不再局限于品種，他構建了一個與世界柑橘技術先進水平同步前行的果樹學科體系和團隊。這個隊伍有18名在職人員，其中，10名教授，5名副教授，他們由品種、栽培、病蟲害、無病毒、品質分析以及柑橘經(jīng)濟等方面人員構成。這支“能文能武”的隊伍，不僅在各自的學科上獨具建樹，而且能到生產(chǎn)中去解決實際問題。

從實驗室的品種培育到果園里的選種，到產(chǎn)后處理，再到市場營銷，鄧秀新團隊的研究覆蓋了整個產(chǎn)業(yè)鏈條，支撐了整個柑橘產(chǎn)業(yè)體系。

通過與業(yè)務主管部門溝通，團隊制定出我國柑橘區(qū)域發(fā)展規(guī)劃、三峽庫區(qū)柑橘發(fā)展產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。利用中國柑橘學會交流平臺，每年精心組織國內(nèi)外專家作報告，將大量的國內(nèi)外技術、市場行情在會上交流，使柑橘界在產(chǎn)業(yè)發(fā)展上形成一些共識，將柑橘產(chǎn)業(yè)由過去的盲目發(fā)展進入到政府引導、專家指導和市場調(diào)節(jié)的有序發(fā)展階段。

學科先后建立了國家果樹脫毒種質資源室內(nèi)保存中心、國家柑橘育種中心及國家柑橘一級采穗圃，湖北省柑橘工程技術中心以及國家臍橙引智示范基地；構建了一個從柑橘品種、脫除病毒和病毒檢測、提供無病毒良種的完整技術體系。這一體系的建立和運行，保證了大量無病毒良種通過合法渠道從國外引進，每年將10個左右的品種進行病毒脫除。據(jù)不完全統(tǒng)計，通過自己選育與引進相結合，幾年來，鄧秀新帶領課題組為柑橘主產(chǎn)區(qū)提供臍橙、柑橘、柚子等良種達60余種，無病毒種苗100余萬株。

多年來，鄧秀新帶領課題組先后選育了“華柑2號”“早紅”等新品種，引進篩選了“紐荷爾臍橙”“紅肉臍橙”“倫晚臍橙”等品種，這些品種有效改善了品質，加速了我國柑橘品種的更新?lián)Q代，為加快江西贛南、三峽庫區(qū)等柑橘優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)帶建設做出了貢獻。近年來，柑橘年產(chǎn)量穩(wěn)居世界前列，出口量從20多年前的幾十萬噸增長到目前的約百萬噸，更是培育出很多優(yōu)秀的國產(chǎn)柑橘品牌遠銷國際市場。

最大的變化發(fā)生在革命老區(qū)江西贛州。從引種培育到規(guī)劃發(fā)展、規(guī)模發(fā)展，再到今天的產(chǎn)業(yè)化大發(fā)展，贛州柑橘產(chǎn)業(yè)的每一次升級，都凝聚了鄧秀新和團隊的心血與智慧。

近年來，勞動力加速轉向城市，給贛南臍橙產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。2003年，15元在贛州就能請到一個幫工，到2011年則需要200元。針對這一變化，鄧秀新帶領現(xiàn)代農(nóng)業(yè)柑橘產(chǎn)業(yè)體系的專家，推廣肥水一體化、省力化和機械化等技術，在一定程度上緩解了勞動力成本上升帶來的壓力。

如今，贛南臍橙名滿天下。2015年，贛州臍橙種植面積已達到158萬畝，果農(nóng)人均收入5000元。讓鄧秀新印象最深的是，前幾年他去贛南給農(nóng)民講課，很多人騎自行車來聽課，再往后是騎摩托車來聽課，現(xiàn)在，不少人是開小車來聽課。

全國3000多萬畝柑橘，怎樣才能發(fā)揮更大的經(jīng)濟價值？鄧秀新和他的團隊，仍在為柑橘產(chǎn)業(yè)富民增收而不懈努力

鄧秀新

中國工程院院士，華中農(nóng)業(yè)大學校長，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（柑橘）產(chǎn)業(yè)技術體系首席科學家，農(nóng)業(yè)部果樹顧問專家組組長。長期致力于柑橘細胞工程與遺傳改良等方面的研究。他帶領團隊完成了世界上第一例蕓香科植物基因組圖譜—甜橙基因組圖譜。從砂糖橘、秭歸晚熟臍橙到夏橙、蜜橘，二十多年來，鄧秀新帶領團隊，讓國產(chǎn)鮮食柑橘全年不斷檔變?yōu)榭赡?，使中國臍橙由進口變成出口、使我國柑橘事業(yè)跨入世界先進行列。