這顆中國(guó)番茄何以實(shí)現(xiàn)高端突圍
山農(nóng)大李傳友教授團(tuán)隊(duì)破解植物再生與防御密碼，培育出高端番茄品種矩陣
作為國(guó)內(nèi)引進(jìn)的主流高端番茄品種之一——法國(guó)Saopolo番茄的種子，一顆就要18元。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)李傳友教授團(tuán)隊(duì)培育的“泰番玲瓏珠”，不僅產(chǎn)量和品質(zhì)可以媲美Saopolo番茄，而且價(jià)格還不到它的五分之一。
這不僅是價(jià)格的差距，更是一場(chǎng)高端種業(yè)的“突圍戰(zhàn)”。如今，李傳友團(tuán)隊(duì)已培育出可替代進(jìn)口的“泰番”系列高端番茄新品種30余個(gè)，形成了國(guó)產(chǎn)高端番茄品種矩陣。
前不久，因其在植物系統(tǒng)性防御與可塑性發(fā)育機(jī)理研究領(lǐng)域的突破性貢獻(xiàn)，李傳友獲國(guó)際知名的“洪堡研究獎(jiǎng)”。這個(gè)獎(jiǎng)，標(biāo)志著中國(guó)科學(xué)家在作物育種基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，已經(jīng)站在了國(guó)際學(xué)術(shù)前沿。
找到開鎖的鑰匙
“全世界搞育種的，都卡在兩個(gè)‘硬骨頭’上。”采訪中，李傳友開門見山，“一是產(chǎn)量和抗性‘打架’，高產(chǎn)的不抗病，抗病的低產(chǎn)；二是小麥、玉米、大豆這些主糧再生能力弱，基因編輯再好也用不上。”
這兩道難題，像兩把鎖，被他用“一顆番茄”一一解開。李傳友找到的，正是開鎖的鑰匙。
第一把鑰匙，叫“免疫穩(wěn)態(tài)”。
李傳友介紹，植物的免疫系統(tǒng)和人類有點(diǎn)像。感染了，要啟動(dòng)防御；敵情解除了，要適時(shí)剎車。剎車不靈，就會(huì)過(guò)度免疫——就像有些感染疾病的重癥患者，很多不是被細(xì)菌或病毒殺死，而是被自己的免疫反應(yīng)“燒”死的。
“植物比人聰明?！崩顐饔颜f(shuō)，“它不能動(dòng)，天天被蟲子咬、被病菌侵，可它從來(lái)沒把自己‘燒’死。它有一套精確的剎車系統(tǒng)?！?/span>
根據(jù)國(guó)外研究成果，植物存在系統(tǒng)性防御現(xiàn)象，其中，發(fā)揮關(guān)鍵作用的有兩個(gè)因子——系統(tǒng)素和茉莉酸。但對(duì)于它們?nèi)绾伟l(fā)揮作用及其作用機(jī)理是什么，學(xué)術(shù)界一直沒有研究清楚。
經(jīng)過(guò)20余年的研究，李傳友團(tuán)隊(duì)鑒定到了系統(tǒng)素有兩個(gè)受體SYR1和SYR2，它們作為受傷程度的感受器：一個(gè)當(dāng)油門，啟動(dòng)防御；一個(gè)當(dāng)剎車，終止免疫。油門踩多大，剎車就配多靈。把這兩樣調(diào)好了，產(chǎn)量和抗性就能一起往上走。
第二把鑰匙，是被稱作“再生指揮官”的再生因子REF1。
2024年5月22日，國(guó)際頂級(jí)期刊《細(xì)胞》發(fā)表了李傳友團(tuán)隊(duì)的研究成果。他們發(fā)現(xiàn)了一種叫REF1的再生因子，植物受傷后，它會(huì)像指揮官一樣發(fā)令：?jiǎn)?dòng)修復(fù)。
中國(guó)科學(xué)院院士種康評(píng)價(jià)：“該研究對(duì)細(xì)胞分化與再生領(lǐng)域的基礎(chǔ)科學(xué)研究和生物技術(shù)應(yīng)用都具有突破性意義。植物再生因子REF1的發(fā)現(xiàn)和利用，對(duì)我國(guó)用好基因編輯這把‘劍’，打贏種業(yè)翻身仗、加快國(guó)家生物育種產(chǎn)業(yè)化步伐意義重大?！?/span>
李傳友教授正在察看培育番茄品種長(zhǎng)勢(shì)。（□資料圖）
挑戰(zhàn)導(dǎo)師的導(dǎo)師，從“失敗”里撿到寶
這兩把鑰匙是如何找到的？
20世紀(jì)70年代，美國(guó)科學(xué)家瑞恩教授用番茄做研究，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)現(xiàn)象：一片葉子被蟲咬了，整株番茄都會(huì)產(chǎn)生一種讓蟲子消化不良的蛋白。他把這叫做“系統(tǒng)性防御”。
1991年，瑞恩教授找到了傳遞信號(hào)的物質(zhì)，給它取名“系統(tǒng)素”。
他認(rèn)為，系統(tǒng)素是那個(gè)送信的“信使”，植物受傷后，它從受傷部位出發(fā)，跑遍全身下達(dá)防御指令。而另一種物質(zhì)“茉莉酸”，只在受傷部位起作用。
這個(gè)結(jié)論，寫進(jìn)了美國(guó)的教科書。
年輕的李傳友在博士后期間，恰好進(jìn)了瑞恩教授學(xué)生的實(shí)驗(yàn)室。讀到這個(gè)理論后，他決定親手驗(yàn)證一下。
“實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一遍遍告訴我，這個(gè)結(jié)論不對(duì)?！崩顐饔颜f(shuō)。他做了一個(gè)嫁接實(shí)驗(yàn)，結(jié)果證明，真正跑長(zhǎng)途送信的，不是系統(tǒng)素，是茉莉酸。系統(tǒng)素確實(shí)重要，但它只在受傷部位發(fā)揮作用，它的任務(wù)是增強(qiáng)茉莉酸的合成。
他把結(jié)果寫成論文發(fā)表。發(fā)表后，瑞恩教授看到了，并在美國(guó)科學(xué)院院報(bào)上發(fā)了篇評(píng)論，公開說(shuō)這是一個(gè)新發(fā)現(xiàn)。
2003年，李傳友回國(guó)，在中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所建起自己的實(shí)驗(yàn)室。因?yàn)檠芯寇岳蛩?，他給實(shí)驗(yàn)室取了個(gè)名字，叫“茉莉家園”。
“茉莉家園”里，有一堆防御反應(yīng)出問題的突變體，是他們攢了二十年的“家底”。沒想到這些外人眼中的“破爛”，后來(lái)會(huì)派上大用場(chǎng)。
當(dāng)時(shí)，團(tuán)隊(duì)想找再生因子。如果直接用遺傳學(xué)方法篩再生的突變體，篩一輪要花很長(zhǎng)時(shí)間，根本“篩不動(dòng)”。
李傳友換了個(gè)思路。他琢磨：植物受傷后，一邊要防御，一邊要再生。這兩個(gè)事是同時(shí)發(fā)生的，分不開。那如果一個(gè)突變體再生出毛病，它的防御是不是也有毛病？
順著這個(gè)邏輯，他翻出了那些防御有缺陷的突變體。
“從防御缺陷的突變體入手，去找再生也發(fā)生缺陷的?！崩顐饔颜f(shuō)。
果然，他們篩到了一個(gè)叫spr9的突變體——防御有問題，再生也有問題。
實(shí)驗(yàn)“做不出來(lái)”，本身就是答案
這時(shí)候，一個(gè)叫楊文韜的博士生站了出來(lái)。她負(fù)責(zé)對(duì)突變體做遺傳互補(bǔ)驗(yàn)證。按理說(shuō)，把基因轉(zhuǎn)回去，突變體應(yīng)該恢復(fù)正常?？伤趺丛嚩疾恍小獡Q培養(yǎng)基，不長(zhǎng)；調(diào)溫度，不長(zhǎng)；換光照，還是不長(zhǎng)……
2020年5月，李傳友主動(dòng)問起實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。楊文韜憋了半天，終于開口：“老師，我這個(gè)基因……可能分離錯(cuò)了?！?/span>
“怎么錯(cuò)了？”
“我做不出轉(zhuǎn)基因來(lái)，沒法做遺傳互補(bǔ)?！?/span>
“這就對(duì)了！”李傳友一聽，眼睛亮了，“spr9就是編碼再生因子的基因！它功能沒了，植物就徹底喪失再生能力，當(dāng)然做不出轉(zhuǎn)基因來(lái)。這不就是我們找了十幾年的東西嗎？”
原來(lái)，實(shí)驗(yàn)“做不出來(lái)”，本身就是答案。
實(shí)驗(yàn)室里的年輕人一代接一代。有人接著再生往下做，有人盯著抗病往前拱。
晁瑜是2021級(jí)直博生，研究再生的精細(xì)調(diào)控；劉浩峰是2023級(jí)博士生，手里有個(gè)對(duì)青枯病高抗的材料，正琢磨怎么把抗性基因找出來(lái)、用到生產(chǎn)上。
文章被接收那天，晁瑜記得特別清楚：“早上來(lái)的郵件，當(dāng)天上班，實(shí)驗(yàn)室里就傳開了，大家都特激動(dòng)。高興的同時(shí)，也覺得李老師這么多年的心愿，終于實(shí)現(xiàn)了。”
李傳友常說(shuō)一句話：“做研究的過(guò)程中，要講自己喜歡的結(jié)果，更要善于去講自己不喜歡的結(jié)果。不喜歡的結(jié)果，往往有兩種可能，一種可能是做錯(cuò)了，更多的時(shí)候，意味著創(chuàng)新性很強(qiáng)?！?/span>
這話，他的學(xué)生都記得。
如今，李傳友帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從番茄里找到的“金鑰匙”，正在打開更多農(nóng)作物生物育種的大門。國(guó)內(nèi)做小麥的、做玉米的、做大豆的，已經(jīng)在用他們發(fā)現(xiàn)的再生因子，提高育種效率。
（大眾新聞·齊魯壹點(diǎn)記者 鞏悅悅 王建偉）
來(lái)源：大眾新聞·大眾日?qǐng)?bào)
編輯：李婕寧 王譽(yù)林
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