黃三文，破譯黃瓜基因密碼

文/余之敏

破譯基因密碼

黃三文至今仍清晰地記得上世紀(jì)80年代初，家鄉(xiāng)的農(nóng)民種植袁隆平培育的雜交水稻后產(chǎn)量翻了一番的場景。從那時(shí)起，他就對袁隆平非常崇拜。高考填志愿時(shí)，他報(bào)考了北京農(nóng)業(yè)大學(xué)，學(xué)習(xí)植物育種學(xué)。

2004年，我國雖然已發(fā)展成為蔬菜生產(chǎn)和消費(fèi)大國，實(shí)現(xiàn)了蔬菜的均衡供應(yīng)，但與美國、荷蘭、以色列等國家相比，我國的蔬菜育種水平差距仍然很大，很多蔬菜研究工作只能參考國外資料。面對此種狀況，黃三文毅然放棄了在英國攻讀博士后的機(jī)會，回國從事蔬菜基因組研究。

2005年2月4日，黃三文作為中方首席科學(xué)家參與了大型國際合作項(xiàng)目——國際馬鈴薯基因組計(jì)劃。在進(jìn)行對比研究期間，他發(fā)覺國內(nèi)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，沒有完整的分子標(biāo)記遺傳圖譜，其中研究最透徹的遺傳圖譜也只有200多個(gè)分子標(biāo)記，嚴(yán)重制約了黃瓜遺傳育種研究。

別小看了黃瓜，它能在局部范圍改善或創(chuàng)造出適宜的氣象環(huán)境。黃瓜在我國每年播種面積約1500萬畝，約占世界黃瓜播種面積的50%。黃瓜約有2.3萬個(gè)基因，是現(xiàn)在已知著花植物中基因數(shù)目最少的，從它入手研究，難度低，若能攻下它的遺傳基因圖譜，就為研究其他蔬果打下基礎(chǔ)，前景不可估量。當(dāng)黃三文重新確定團(tuán)隊(duì)的突破重點(diǎn)時(shí)，很多人提出異議?！拔覀兛偛荒軜訕佣几趧e人后面亦步亦趨，我們也要敢于走在前面?！秉S三文反駁的語氣很激動，但又很堅(jiān)定，不容置疑。

黃三文每天風(fēng)雨無阻地下地干活，和農(nóng)作物親密接觸，觀察植物長勢、病蟲害生長等情況，一一做好紀(jì)錄，然后回到實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)，追根溯源，大膽采用最新測序技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的測序手段進(jìn)行研究。

日復(fù)一日的堅(jiān)持，兩年后他們終于破譯了黃瓜的基因組遺傳密碼，從而打開了探究瓜類蔬菜多樣性和功能基因的大門。

尋找苦味“元兇”

在破解了黃瓜的基因密碼后，如何能有效地將研究成果運(yùn)用到蔬菜種植上，成為黃三文研究的新課題。“現(xiàn)在，我們所吃的黃瓜香脆可口，略帶甘甜。可實(shí)際上，已往的黃瓜多數(shù)都有苦味，尤其在南方生長的黃瓜更苦。這種苦味不僅影響了蔬果的品質(zhì)，也影響了農(nóng)民的生產(chǎn)效益?！秉S三文說。

一些專家認(rèn)為黃瓜有苦味是缺水造成的，黃三文覺得這種說法有一定道理。但黃三文根據(jù)經(jīng)驗(yàn)大膽推測，有的黃瓜味苦可能由于存在某種物質(zhì)，這種物質(zhì)只有在黃瓜生長中遇到干旱、高溫、泥土鹽堿化等惡劣環(huán)境時(shí)才會分泌。

為了驗(yàn)證這一推測，黃三文和他的研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)收集了世界各地的3342份遺傳資源，涵蓋了所有野生和人工栽培的黃瓜類型。通過日復(fù)一日的實(shí)驗(yàn)，黃三文的團(tuán)隊(duì)終于找出元兇——葫蘆素C，極少量的葫蘆素C就能造成苦味，甚至比咖啡因還要苦100倍?？稍鯓尤サ酎S瓜中的苦味呢？曾有荷蘭育種專家提出了一種方法，即把葫蘆素C粉碎掉，但這樣做同時(shí)也會犧牲黃瓜的抗蟲性。

黃三文認(rèn)為荷蘭專家的做法不可取?？墒侨绾胃泳珳?zhǔn)調(diào)控苦味，讓可食用部位不苦，在其他部位苦，從而既保證果實(shí)品質(zhì)，又保證黃瓜仍具有防御蟲害的能力呢？陷入沉思的黃三文突然靈機(jī)一動，“或許從基因中能找到解決問題的鑰匙?！?/p>

于是，從2012年起，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)包下一片20畝的試驗(yàn)田，采用基因誘變的方法種植黃瓜，探尋苦味開關(guān)。夏季，溫室大棚內(nèi)酷熱難耐，但為了掌握第一手資料，黃三文每天雷打不動地去試驗(yàn)田里給黃瓜逐一人工授粉、選種，觀察并記錄生長情況。每年的4月到11月，他和團(tuán)隊(duì)成員每天需工作12小時(shí)以上。

嘗出來的科研成果

“逐一品嘗，逐一篩選。”一天，黃三文鄭重其事地向團(tuán)隊(duì)宣布了研究方案。大家面面相覷，“20畝地的黃瓜要逐一品嘗？”很多人認(rèn)為黃三文在開玩笑。

“這是一項(xiàng)繁瑣的工程，還有可能什么都發(fā)現(xiàn)不了，但必須有人去做?！秉S三文毅然決然地說。

按要求3人一組同時(shí)品嘗，每根黃瓜需要品嘗3次，每嘗一口，都必須要用純凈水漱一下口，以免影響對下一口黃瓜味道的判斷，要三人感覺一致才能最終下判定。那段時(shí)間，有的人一見到黃瓜就反胃。就這樣，團(tuán)隊(duì)一共品嘗了6萬多根黃瓜、18萬片黃瓜葉子，才找到了2株不苦的黃瓜。

那2株不苦的黃瓜讓黃三文如獲至寶，種子則被當(dāng)成珍寶一般保管了起來。只要能研究透不苦黃瓜的基因，就能破解黃瓜苦味的密碼。這個(gè)過程說來簡單，他們卻用了整整3年時(shí)間，做了上千次的實(shí)驗(yàn)，才發(fā)現(xiàn)了控制黃瓜苦味物質(zhì)合成的9個(gè)基因，并順藤摸瓜地發(fā)現(xiàn)有2個(gè)控制苦味物質(zhì)合成的基因，它們分別藏在葉片和果實(shí)中。經(jīng)過不斷探索，黃三文團(tuán)隊(duì)終于能把控制苦味合成的“開關(guān)”關(guān)上，不讓黃瓜變苦；并把葉片控制苦味物質(zhì)合成的“開關(guān)”打開，讓葉片苦來抵御蟲害。

在此基礎(chǔ)上，他們和湖南省蔬菜研究所培育了“蔬研”系列新品種黃瓜，成功解決了華南地區(qū)黃瓜品種變苦而喪失商品價(jià)值的難題，在湖南、湖北、福建、廣東進(jìn)行大面積推廣，僅那一年就創(chuàng)造了約80億元的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。而此時(shí)，距離黃瓜基因組計(jì)劃啟動已過去整整7年。

黃瓜研究項(xiàng)目的成果帶動了其他蔬菜的基因組研究，黃三文的研究團(tuán)隊(duì)先后在國際頂尖期刊發(fā)表10多篇研究論文，使我國蔬菜基因組研究進(jìn)入國際領(lǐng)先行列。

“以前菜農(nóng)擔(dān)心黃瓜變苦了賣不出去，我們培育的黃瓜新品解決了這個(gè)問題?？诟泻玫狞S瓜，大家都喜歡吃?！秉S三文說，自己的研究能造福農(nóng)民，是他最開心的事。

如今，黃三文正帶隊(duì)開展另一項(xiàng)科研攻關(guān)——恢復(fù)番茄原來的口味?！艾F(xiàn)在大家都說番茄沒有以前好吃了，我就是要解決這個(gè)問題?！蹦壳埃麄円焰i定了控制番茄口感的50個(gè)基因，相信在不久的未來，記憶中的美味番茄將擺上人們的餐桌。