《西游记》里的蟠桃宴,《诗经》里的“投之以桃,报还以李”,《红楼梦》里林黛玉那首《桃花行》……千百年来,中国人对桃有着特别的偏爱。现而今,农贸市场、超市里,那些红润饱满、品种更加丰富的桃,依然受到现代人的青睐。
“桃看似是平常水果,实际上大有学问。比如‘桃组织培养再生与遗传转化困难’就是一个世界性难题。全世界范围内的科学家至今还没有完全搞清楚。”中国科学院武汉植物园果树分子育种学科组首席研究员、国家桃产业技术体系岗位科学家韩月彭告诉《中国科学报》。
自2010年开始桃果实遗传与改良研究算起,韩月彭专注于这一研究领域已经14年。他带领团队以一丝不苟的“工匠精神”,试图揭开桃着色、风味品质性状遗传的奥秘。
吃桃的时候,稍加留意,我们会发现有些桃靠近果核的果肉是红色的,这种“近核红”现象与桃产业密切相关。
在桃加工产业中,罐装桃大多为黄肉或白肉,近核红桃品种若要做罐装桃,需要对红肉进行额外处理,这样就会增加生产成本。搞清楚近核红性状产生的原因和机理,有助于优化品种性状,降低生产成本。
韩月彭带领团队成员采用比较转录组方法,挖掘调控桃近核红性状形成的重要基因PpHY5,通过酵母双杂交筛库得到其关键的协同因子PpBBX10,确认PpHY5在PpBBX10的协同下促进桃果实PpMYB10.1基因的转录激活,从而产生桃近核红现象。相关研究成果在国际期刊《植物杂志》发表,为突破这一产业瓶颈问题提供了理论依据。
每到鲜桃上市的季节,韩月彭就会带领团队成员采摘各类鲜桃进行研究。不同品类、大小、色泽的桃,常常摆满实验室。在各种桃中,韩月彭最关注的还是红肉桃。
红肉桃是湖北省特色地方品种,其中最典型的地方品种就是大红袍,也称血桃、胭脂桃等。这种桃果实成熟时果肉呈紫红色或鲜红色,营养价值高且质地脆爽,深受消费者喜爱。
红肉桃为什么有区别于一般桃的性状,能否应用到新品种培育中,给消费者带来更多选择?带着这些问题,团队开展了一系列研究。这项研究的重要环节涉及基因功能分析,搞清楚是什么基因控制了红肉桃“红肉的性状”——彼时,全世界都没有针对这个问题的研究体系。
他们与新西兰科学家合作,通过注射的方式在桃果肉中把该基因进行瞬时沉默来验证其功能。经过技术的不断改良,他们最终实现了研究目标,研究论文入选ESI高被引论文(TOP1%)。
“我们要从几万个基因里找到唯一控制性状的基因。”2017年,韩月彭指导博士生周晖发现了调控果实花青苷着色新机制。他们“万里挑一”,图位克隆出调控血桃着色的BL基因,开创了我国果树功能基因图位克隆的先例。
同年,针对桃组织培养再生与遗传转化困难这一世界性难题,韩月彭带领团队成员迎难而上,开始了构建桃根系稳定遗传转化体系的研究。“桃组织培养再生在世界上仅有3例文章报道,但是这三例的方法在别的实验室都无法独立重复,说明有效性不强。”韩月彭说。
经过近5年的深耕,他们在国际上首次发明了发根农杆菌介导的桃根系遗传转化技术体系,同时建立了桃愈伤组织的稳定遗传转化体系。“目前我们还在做桃完整植株的再生和遗传转化体系研究,争取尽快实现这个研究上的‘小目标’。”
从“国内首个成功案例”到“国际首个高效体系”,围绕一个个小小的“桃问题”,韩月彭及团队付出了大量努力,一步步向前掘进,不知不觉就走过了十几个春秋。
“韩老师从研究生时始,就养成了每天早上七点钟到实验室,晚上九、十点钟以后才回家的习惯。”韩月彭团队成员、副研究员廖燎说。
在廖燎看来,办公室更像韩月彭的家,除了进果园、做实验外,他几乎总是坐在办公桌前,全神贯注地看文献、做分析。有学生来请教问题,他会把眼镜往上推一推,然后开始动手修改学生论文或方案。“如果要找韩老师,首先去办公室找,八成能找到。”
“近些年,一些西方国家在农业研究方面对我们进行技术封锁,这意味着我们得独立自主地解决研究中的问题。”每当遇到研究难题陷入焦虑彷徨时,韩月彭总是把自己埋进文献里、关进实验室里。
他认为:“只有不断用科学前沿的知识充实自己,不断观察国家、产业的最新动态需求,不断进行实验分析,不断积累对关键问题的认识,才可能迎来那个‘灵机一动的瞬间’。”
“十多年来,我们的每一步研究,都有些小惊喜,但离‘破解世界难题’的目标,还差得远哪。”韩月彭感叹道。
世界性的难题常常需要科学家长期地追踪。比如桃的“风味”“色泽”的遗传机制看似很简单,实则不易探究。
韩月彭介绍,桃风味品质主要由果实中可溶性糖、有机酸以及香味物质的种类和含量决定。在以往的研究中,控制有机酸含量主效D位点的关键候选基因始终没有被发掘到;影响香味物质的种类繁多,单一香气成份的遗传定位结果很难用于桃香气品质的遗传改良研究,国际上的相关研究者无不为之苦恼。
“也许我们这代人,做一辈子也不能厘清全貌,”韩月彭打了个比方,“就像在一个林子里摸索,有时候你以为已经快找到了,但实际上是一叶障目,背后还有一森林,深不可测。这是一个系统工程,也许需要几代人接续努力才能完成。我做的是铺路的工作,我愿意为后来人铺好路。”
韩月彭的另一个身份是国家桃产业技术体系岗位科学家,他和团队十多年如一日紧盯桃子做研究,试图破解世界难题的同时,也积极回应产业需求。“做农林果树方面的研究,不能只为文,论文要发,应用更要做。”
基于桃风味、色泽品质的基础研究成果,他带领团队开发了与糖、酸含量高低紧密连锁的分子标记,并进行了杂交亲本的选择;开展了分子标记辅助选择育种,近两年与湖北省农科院、安徽省农科院合作选育了4个桃新品种,累计应用推广面积超过2万亩。
对未来,韩月彭有很明确的憧憬——“未来,我们如果能自由调控桃的色泽、风味:你想吃酸的桃,我们就给你送上酸的桃;想吃甜的桃,我们就给你送上甜的桃,我们这么多年坚持做品种改良研究的目的,就算达到了。”
十多年如一日,紧盯一个“小桃子”背后的世界难题,他像个辛勤的匠人一般耕耘在桃园中、实验室里,做研究、做应用,培养起一批批后起之秀。
去年教师节前夕,有个年轻科研人员给他发来一条祝福信息,也和桃有关——“令公桃李满天下,何用堂前更种花”。
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