國家科技獎獲得者黃三文:用基因測序技術尋找不苦的黃瓜

本期嘉賓

時間:2019年1月10日

嘉賓:中國農業科學院農業基因組研究所所長/蔬菜花卉研究所研究員/2018年度國家自然科學獎二等獎獲得者 黃三文

中國網:“中國訪談,世界對話”,歡迎您的收看!隨著大棚蔬菜種植技術的大規模推廣,我們經常能聽到老百姓發出這樣的抱怨:現在的蔬菜越來越沒有味道了。那麼怎樣才能培育出品質優良又好吃的蔬菜品種呢?這既是老百姓關心的餐桌大事,也是科研工作者的責任。2018年度國家科技獎勵獲獎名單剛剛公佈,其中就有多項有關蔬菜、水果、花卉等農産品的科研成果,中國農業科學院的研究項目“黃瓜基因組和重要農藝性狀基因研究”就得到了自然科學獎二等獎。這項科研成果為什麼能得獎?成果取得的過程又是怎樣的?給老百姓帶來了哪些好處? 就這些問題,我們特別邀請到獲獎者,也就是該項目的主持人——中國農業科學院的黃三文研究員,來跟各位網友好好聊一聊。

中國農業科學院農業基因組研究所所長、蔬菜花卉研究所研究員黃三文。(董寧 攝)

中國網:黃研究員,歡迎您做客《中國訪談》演播室。

黃三文:主持人好,各位網友好!

中國網:首先還是請您先把這項成果給廣大網友介紹一下,這是一個什麼樣的成果?

黃三文:我們這個項目是個民生項目,是農業科技的項目。非常感謝中國網對農業科技的關心。這個項目中,我們在世界上第一次破譯了一個蔬菜作物的基因組,就是黃瓜的基因組。另外我們利用基因組的資訊,發現了黃瓜為什麼會變苦的原因,並且利用這個資訊、這個技術培育了更好吃的黃瓜品種。

中國網:也確實,我們現在在吃蔬菜的時候,可能越來越會感受到,現在的蔬菜沒有以前的那種味道了,是不是也是因為它的基因的原因?

黃三文:這個問題分兩個層次。首先是在改革開放幾十年以來,我們國家在菜籃子工程的推動下,蔬菜工作者努力地工作,包括科研和産業工作者,解決了我們蔬菜供應的問題,尤其在北京——我是在北京上大學的,在北京,冬天就只能吃到白菜、南瓜這些菜。

中國網:在冬天,白菜是必須的。

黃三文:對。現在大家想吃什麼菜就有什麼菜,這應該是蔬菜科技、蔬菜産業的一大進步。當然,解決了這個供應的問題,現在老百姓更加關心的是它的品質和安全的問題。所以我們以前主要是關注産量,現在我們更加關注品質了。

中國網:還是要恭賀您獲得國家科技獎。

黃三文:謝謝!

中國網:這一次的獲獎理由,您認為最主要的是什麼呢?

黃三文:我認為有兩個原因,第一個,黃瓜的基因組是蔬菜學科、蔬菜科研界第一個基因組的研究,我們取得了,以前是跟著歐美等國,我們跟他們學,在這個領域我們領先了,我們站在世界的前列。這是第一個。

第二個,我們利用基因組學,來推動蔬菜育種的快速進展,並且育種的直接成果為農民所用,給大家帶來了效益。

中國網:現在很多人可能會想,黃瓜是一個看起來很普通、很常見的蔬菜。為什麼當時會選擇黃瓜來做基因測序的研究呢?

黃三文:有幾個原因,黃瓜是一類蔬菜的一個代表,它是瓜類蔬菜代表,瓜類還有甜瓜、西瓜、南瓜、絲瓜、苦瓜這些。黃瓜是它們這一類蔬菜的一個代表。

中國網:黃瓜是這個瓜類最典型的代表嗎?

黃三文:應該是一個代表,並且研究基礎也比較好,所以我們選擇了黃瓜。第二個,我們進行基因組研究,當時整個基因組研究的成本是非常高的,這個成本與基因組的大小有關係。黃瓜也是蔬菜裏面基因組最小的一個,所以我們選擇黃瓜先開始,從簡單到複雜。

中國網:當初決定做這個課題的時候出發點是什麼呢?這種研究對於未來又具有怎樣的意義呢?

黃三文:整個蔬菜的遺傳育種研究跟水稻、玉米這些大田作物有差距。怎麼來快速提高育種水準,培育更好吃、更安全、産量更高的品種,這裡面必須有新技術的支撐,所以我們就想到了,我們沒有去採取別的技術,我們認為這個基因組技術是可以最快速地提高蔬菜遺傳育種研究水準的一個最重要的技術。所以,我們決定從基因組為突破口,來研究蔬菜作物的遺傳學。

中國網:研究黃瓜的基因,具體是怎麼做的呢?有哪些具體的目標、方式方法,整個項目花了多長時間?

黃三文:整個項目是從2007年開始的,到現在獲獎,已經十幾年了。我們也經歷了很多困難。基因組研究是一個多學科交叉的大型項目,我們整個黃瓜基因組論文的作者就有100名,協調一個多學科交叉的團隊,這是我作為這個項目組織人要解決的第一個難題。

我們還有很多要解決的問題,比如説,為了尋找苦味的基因,我們小組有20多個老師學生,在湖南的一個夏天,我們種了20畝地,一共有6萬根黃瓜,每一根黃瓜我們都有三個人去獨立地品嘗,最後從這6萬根裏面找到了兩根黃瓜是不苦的。從這兩個不苦的黃瓜,分析這兩根不苦的黃瓜,我們找到了使黃瓜不苦的基因。

中國網:網上也有些資料評價您的品嘗小組是一個品嘗天團、品嘗男團,吃了6萬根黃瓜,最後挑出兩,其實概率還是非常低的。

黃三文:對。

中國網:吃黃瓜這個過程大概經歷了多久?

黃三文:前後有差不多20天到一個月。

中國網:20天到一個月。

黃三文:也是比較苦的,長沙的夏天,很炎熱,炎熱的一個時期。

中國網:長時間吃一種蔬菜,還是挺難受的。

黃三文:我們那個每人帶一瓶水,因為你吃了一顆黃瓜以後,都是苦的嘛。你要去漱口,然後你才能品嘗下一根黃瓜的味道。

中國網:這種週而复始的狀態,會不會連舌尖上的感覺也記不住了?

黃三文:有些麻木。但我們最終就找到了兩根。因為整個幾率,不苦的黃瓜的幾率是很小的。所以你不用一個非常大的群體,也找不到。

中國網:在研究這個的過程當中,都遇到哪些困難呢?

黃三文:除了這個以外,我們遇到的困難還有,當時基因組研究的技術還比較原始,基因組研究裏面有一個環節叫拼接,相當於拼圖。一般的拼圖也就500塊,1000塊,就很難拼了,但咱們這個拼圖可能有上百萬塊到上千萬塊的拼圖,要把它拼在一起,拼出一個地圖出來,是一個很難的事。我們的合作夥伴也想到了很多辦法,一起來解決這個問題。

中國網:剛才您提到的這些在6萬根裏邊選兩根也好,或者拼圖也好,確實經歷了非常難的一個過程。這項項目最終取得了哪些重大的發現呢?有哪些科學意義呢?

黃三文:第一個,是對整個蔬菜學這個學科的推動。我們通過黃瓜基因組(研究)帶動了整個蔬菜作物的基因組研究,包括後來又做了白菜基因組、番茄基因組、馬鈴薯基因組、西瓜基因組(的研究)。我們帶動了整個領域——以前是我們跟著別人,叫跟跑,現在我們領跑了。這是一個。

第二個,我們通過這個研究發現了50多個影響黃瓜産量、品質,還有抗病性的基因。利用這些基因,我們可以開展基因組育種,分子設計育種,把黃瓜的育種從常規育種時代推進到一個分子設計育種時代。

第三個,我們的第一批實驗品種已經落地了,得到了廣大菜農的歡迎。

中國網:這個實驗品種落地的情況,您能不能給我們介紹一下?

黃三文:第一批品種和湖南省蔬菜研究所合作。我的合作夥伴,陳惠明研究員也是育种家,他也是獲獎者之一。他培育了一系列品種,在湖南、湖北、廣西、廣東和福建較大面積地推廣,累積100多萬畝,給農民創造了80多億元的産值。2018年4月份,我陪同他到一個生産基地去看,在湖北省荊州區李埠鎮,那邊一個鎮就種了5000畝我們的新品種,大概有接近一個億的産值,確實看到當地的農民通過種植我們的黃瓜品種獲得了財富。我們作為農業科研工作者,也感到特別欣慰。

中國網:這項成果是不是也應用在了扶貧領域上?

黃三文:對。我們有一些推廣區域屬於貧困地區,對改善當地農民的生活條件,起到了一定的作用。

中國網:這項研究成果在國內外引起了什麼樣的反應呢?

黃三文:首先在科學上,我們發現苦味基因,這個文章發表《科學》雜誌(《science》)上,引起了廣大同行的高度認可;在生産上也得到了農民的支援。我們認為它是一個“頂天立地”的項目,“頂天”是基礎研究能得到國際同行的認可;“立地”是最後能夠轉化為一個産品,為消費者、為農民創造價值,也讓消費者品嘗到更好吃的黃瓜。

中國網:根據我們查閱的資料,對黃瓜基因的研究還有助於了解這種蔬菜的栽培歷史,涉及到歷史學等人文學科,在這方面有沒有一些有趣的事情,也請您跟我們分享一下?

黃三文:我們通過分析黃瓜的基因組,發現了黃瓜分為四個類群,有歐洲類群、東亞類群、西雙版納類群。我們雲南西雙版納類群是一個特殊的黃瓜類群。當然,這三個類群都來源於印度類群。黃瓜最早是在印度被馴化的。在印度,它相當於咱們的中草藥一樣,是印度的一個草藥,特別苦的話,它可以用來排毒,起到這個作用。我們通過基因組分析發現,印度黃瓜和東亞黃瓜分開的時間大概是2000年前,這個與我們歷史記載的張騫出使西域帶來黃瓜種子是非常吻合的,這也是我們感覺到很有意思的一點。

中國網:在近年來的各種獎項當中,比如説每年的國家科技獎,還有諾貝爾獎,涉及到普通人的生活、接地氣的研究項目可能很少。比如您研究的黃瓜基因,就可能比較接地氣,跟老百姓生活也是息息相關的。您怎麼看待科研和國際民生的關係呢?

黃三文:科研有兩大驅動力,一個是我們人類對於大自然的好奇心,我們想了解整個大自然是怎麼運轉的,它的規律是什麼。另外一個是來自於我們社會的需求,包括我們民眾對美好生活的嚮往。這也是科研的驅動力。這兩類研究對自然的探索屬於基礎研究,民眾的需求更多的是屬於應用研究。但是這兩類研究之間的關係也非常密切,基礎研究和應用研究是一脈相承的。所以我希望民眾既要關心國計民生的大事,也要對基礎研究投入很多的熱情。對基礎研究和應用研究同時關注,會對我們國家在科研上給予更多的支援和重視,有好處。


中國農業科學院農業基因組研究所所長黃三文做客《中國訪談》演播室。(董寧 攝)

中國網:您覺得現在對基礎研究還缺乏哪些關心和支援,需要哪幾方面的共同努力呢?

黃三文:基礎研究有的非常深奧,其實我們基因組研究也是非常深奧的一個學科,希望民眾給予更多的自由度。

中國網:在國家方面呢?

黃三文:在國家方面也希望給更多的支援。

中國網:目前,比如像您做的這項研究,還需要哪些支援呢?比如説政策的一些,或者是一些資金的支援?

黃三文:我們這項研究也得到了國家科技部、國家自然科學基金委和農業部的大力支援。後續的研究可能需要把基因組研究和農業育種更加緊密地結合,我們基因組科學工作者和育种家們更加緊密地結合,可能需要有這種項目的支援。

中國網:科研的目的就是為了應用,對黃瓜的這項研究成果在應用推廣上取得了哪些成果呢?剛才您也講到了一些,希望在這方面您給我們詳細説一説。

黃三文:對於黃瓜來説主要還是品種,我們把基因組的破譯、把基因的發現這些知識都通過種子這個載體輸送給農民。把這種好處帶給消費者,主要還是通過品種,讓農民能夠種植不苦的黃瓜,這樣的話,他不會因為黃瓜變苦了就損失了商品的價值,農民得到的效益更高。

中國網:就目前來説,這個新的品種在菜農或者是消費者理解的角度上,處於一個什麼樣的情況呢?

黃三文:已經被消費者高度認可。我們主要關注的是華南類型的黃瓜,在南方,大家都很喜歡。尤其在李埠鎮,我見了當地的菜農,以前去收黃瓜賣黃瓜,擔心變苦了以後賣不出去,現在這個問題解決了。

中國網:比如説,現在您的這個新品種黃瓜和以前的稍微發苦的黃瓜存在價格上的差別,您的新品種肯定是價格高的,以前這個黃瓜可能價格是比較低的,存在這樣的差距。會不會擔心價格上的差別,導致消費者不被接受?

黃三文:這倒沒想過,因為變苦的黃瓜可能賣不出去,對於菜農來説,損失非常大。

中國網:您用一句話通俗地來講,這個新品種的黃瓜比以前的黃瓜存在哪些優點呢?

黃三文:首先是不苦了。第二個,它的産量還更高一些。

中國網:對黃瓜的研究已經取得了很多的成果,您下一步怎麼打算?還會去研究哪些蔬菜或者是水果嗎?

黃三文:黃瓜的問題我們還在繼續研究,我們想把它變得更清香一些。

中國網:在味道上更加清香一些?

黃三文:我們正在研究。另外一個,我們也在研究番茄,也是因為大家抱怨番茄的味道越來越淡了。我們和美國的科學家一起合作研究了番茄的風味,發現有50個基因影響了番茄的風味。我們正在利用這些知識培育更好吃的番茄品種。我希望在今後幾年就能讓消費者品嘗到我們的新品種。

中國網:番茄的第一批實驗品種已經出來了嗎?

黃三文:已經出來了。去年我們在《科學》雜誌(《science》)上發表了一篇文章,也是第一次全面揭示了番茄這個蔬菜的的風味是由哪些位置來形成的,這些物質又受到哪些基因的控制。

中國網:現在在國內有實驗區嗎?

黃三文:有。我們在北京和深圳正在開展實驗。

中國網:這個新的番茄品種和以前的相比,存在什麼樣的不同呢?

黃三文:更好吃一些。

中國網:在味道上會更好一些。

黃三文:味道更好,更濃郁一些,更甜一點。

中國網:好,非常感謝今天黃研究員做客《中國訪談》演播室,您給我們講了這麼多研究黃瓜基因的成果,黃瓜也可以變得更加好吃。同時也感謝各位網友收看。再見!

(本期人員——責編/文字:韓琳;主持:段冰;攝像:王一辰/劉凱;導播:劉凱;後期:張文泉;攝影:董寧;主編:鄭海濱)

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