蔬菜所最新研究成果于《自然·植物》期刊發(fā)表


 

    由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所副研究員尚軼、研究員黃三文組織完成的《葫蘆科作物苦味性狀的趨同馴化與差異進(jìn)化》于11月29日以長(zhǎng)篇幅研究論文的形式在線發(fā)表于國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然•植物（Nature Plants）》上。這是他們繼2014年在《科學(xué)（Science）》上發(fā)表黃瓜苦味形成機(jī)理研究成果后，將大數(shù)據(jù)應(yīng)用到植物次生代謝研究，改良蔬菜瓜果品質(zhì)的又一成功實(shí)踐。 

 

    隨著生活水平的提高，消費(fèi)者開(kāi)始抱怨市場(chǎng)上銷售的部分蔬菜和水果不好吃，缺少了其應(yīng)有的味道。而味道的獲得與丟失與植物中次生代謝產(chǎn)物的分布和積累情況密切相關(guān)。次生代謝產(chǎn)物是植物在與外界環(huán)境長(zhǎng)期相互作用過(guò)程中產(chǎn)生的天然化合物，有的具有令人愉悅清香味；有的卻具有苦味或毒性，是植物合成的“天然農(nóng)藥”，被用來(lái)抵御病蟲(chóng)害等不利環(huán)境。因此，要找回“好吃”的味道，意味著必須實(shí)現(xiàn)對(duì)次生代謝產(chǎn)物在作物中的分布進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控：可食用的部位可積累令人愉悅的化合物但要避免“天然農(nóng)藥”的產(chǎn)生。由于植物含有數(shù)以萬(wàn)計(jì)、結(jié)構(gòu)各異的代謝產(chǎn)物，要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)必須在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域有所突破，而這一直都是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)和難點(diǎn)。

 

    與大田作物和模式物種相比，蔬菜作物基礎(chǔ)比較薄弱。2005年以來(lái)，黃三文的科研團(tuán)隊(duì)一直致力于蔬菜作物基因組、轉(zhuǎn)錄組、變異組等大數(shù)據(jù)研究，為研究重要園藝性狀、開(kāi)展分子育種提供了不可缺少的基礎(chǔ)工具，確立了我國(guó)在蔬菜作物基因組學(xué)研究領(lǐng)域的國(guó)際領(lǐng)先地位。

 

    該團(tuán)隊(duì)尚軼小組自2009年開(kāi)始嘗試將基因組等大數(shù)據(jù)應(yīng)用到植物次生代謝研究。在經(jīng)歷了長(zhǎng)達(dá)5年時(shí)間的探索和積累后，科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了黃瓜苦味合成、調(diào)控及馴化的分子機(jī)制。在這一研究的指導(dǎo)下，合作伙伴、湖南蔬菜研究所培育了4個(gè)華南黃瓜新品種，徹底解決了華南黃瓜容易變苦的生產(chǎn)難題，也是蔬菜基礎(chǔ)研究“把論文寫在大地上”的一次成功實(shí)踐。 

 

    在獲得初次成功后，尚軼小組迅速投入另一個(gè)重要科學(xué)問(wèn)題研究中：葫蘆科其他植物如西瓜、甜瓜等是否存在類似的分子機(jī)制？如果是，則意味著可借鑒黃瓜苦味研究成果，在其他作物中也實(shí)現(xiàn)可操控的無(wú)苦味品種培育方案，徹底解決苦味對(duì)葫蘆科作物商品品質(zhì)的影響。經(jīng)過(guò)兩年時(shí)間的研究，通過(guò)綜合運(yùn)用多種研究手段，他們揭示了葫蘆科植物具有非常相似的苦味性狀馴化歷史。利用這一趨同馴化的特點(diǎn)，育種家可實(shí)現(xiàn)對(duì)西瓜、甜瓜根中和果實(shí)中的苦味性狀分別進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。一方面確保果實(shí)中不積累苦味物質(zhì)，保證商品品質(zhì)；另一方面提高根中的苦味含量用于抵御土壤中的病菌、害蟲(chóng)的侵害。此外，該研究首次利用比較基因組學(xué)闡明了不同苦味物質(zhì)間結(jié)構(gòu)細(xì)微差異產(chǎn)生的原因，為系統(tǒng)解析結(jié)構(gòu)異常豐富的植物次生代謝產(chǎn)物多樣性也提供了重要借鑒。

 

    本項(xiàng)成果是在中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程的推動(dòng)下，蔬菜所協(xié)同基因組所，聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家科研單位協(xié)同創(chuàng)新的結(jié)果。研究得到了國(guó)家杰出青年科學(xué)基金、國(guó)家“973”計(jì)劃、“863”計(jì)劃和農(nóng)業(yè)部“948”等項(xiàng)目的資助。博士后周淵、博士生馬永碩、湖南農(nóng)大曾建國(guó)教授及中科院植物所段禮新博士為論文共同第一作者，尚軼副研究員和黃三文研究員為共同通訊作者。論文第一作者周淵博士獲得了“中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院優(yōu)秀博士后”的榮譽(yù)，獲聘華中科技大學(xué)藥學(xué)院副教授。