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“十年探究桃?jiàn)W秘，匠心獨(dú)具破難題”。我是韓月彭，中國(guó)科學(xué)院武漢植物園果樹(shù)分子育種團(tuán)隊(duì)的帶頭人，國(guó)家桃產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系崗位科學(xué)家。從2010年開(kāi)始，我和我的團(tuán)隊(duì)便致力于桃果實(shí)品質(zhì)遺傳與改良的研究，至今已十四載有余。

桃，起源于中國(guó)，在我國(guó)已有數(shù)千年的栽培歷史。最早的文獻(xiàn)記載可以追溯到《詩(shī)經(jīng)》，“園有桃，其實(shí)之肴”，“桃之夭夭，灼灼其華”。晉代的陶淵明在《桃花源記》中描繪了一個(gè)世外桃源，一個(gè)與世隔絕、和平寧?kù)o的理想社會(huì)，這一典故也讓“桃花源”成為理想世界的代名詞。唐代詩(shī)人白居易的詩(shī)句“人間四月芳菲盡，山寺桃花始盛開(kāi)?！?暗示人們要珍惜時(shí)光，抓住生命的每一個(gè)美好瞬間。

此外，桃也常被視為長(zhǎng)壽和不朽的象征，著名的道教傳說(shuō)中，西王母的蟠桃宴就是以桃子為主題，傳說(shuō)這些蟠桃?guī)浊瓴艜?huì)成熟一次，吃了可以長(zhǎng)生不老?？梢钥闯觯⌒〉奶易?，不僅是美味的水果，還在中國(guó)文化中占據(jù)重要地位，成為文學(xué)、藝術(shù)和民俗中常見(jiàn)的元素。事實(shí)上，從生物學(xué)角度來(lái)看，小小的桃子背后蘊(yùn)藏著許多學(xué)問(wèn)。

桃果實(shí)富含維生素C、纖維素以及多種礦物質(zhì)，對(duì)健康有益。因此，桃作為一種營(yíng)養(yǎng)豐富、口感良好的水果，在市場(chǎng)上有著廣泛的需求。隨著現(xiàn)代育種技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，市場(chǎng)上桃品種越來(lái)越多。

從果實(shí)顏色來(lái)看，有紅肉桃、黃肉桃和白肉桃；從外觀區(qū)分，有圓桃和蟠桃之別；按照果實(shí)表皮毛有無(wú)可以分為油桃（表面光滑）和毛桃（表面有毛）；依據(jù)果肉質(zhì)地又可分為軟桃（溶質(zhì)）和硬質(zhì)桃（非溶質(zhì)）；從果核與果肉的分離程度還有離核和粘核的差異……“形態(tài)學(xué)上的豐富變異，表明桃具有高度的遺傳多樣性，蘊(yùn)含著豐富的科學(xué)奧秘。

我們的研究正是試圖揭開(kāi)這些謎底，助力桃果實(shí)品質(zhì)的遺傳與改良，為桃產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。”

Part.1?“千里挑一”，解開(kāi)血桃著色秘密

湖北是我國(guó)桃主產(chǎn)區(qū)之一，種植面積110萬(wàn)畝左右，位列全國(guó)各省份的第四位，目前呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)。其中，作為湖北地方品種的紅肉桃，因其血紅的果肉顏色和高效的抗氧化能力備受廣大消費(fèi)者青睞，也引起了育種學(xué)家的高度關(guān)注。紅肉桃，又稱血桃，根據(jù)《中國(guó)植物志?桃志》記載，湖北的紅肉桃最初可能來(lái)源于大悟縣。不同的地方關(guān)于紅肉桃叫法也各異，它還有大紅袍、小紅袍、胭脂桃、朱砂紅、狗血桃等多種稱呼。

在我回國(guó)組建實(shí)驗(yàn)室后，遇到的第一個(gè)感興趣的課題就是紅肉桃。但當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室條件簡(jiǎn)陋，經(jīng)費(fèi)稀缺，開(kāi)展這項(xiàng)研究并不容易。所幸，我遇到了一批勤奮刻苦、勇于探索的研究生，同時(shí)也很感謝湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹(shù)茶葉研究所何華平研究員，在當(dāng)時(shí)熱心地為我們提供研究材料。

一切準(zhǔn)備就緒，解析血桃著色機(jī)理的相關(guān)課題也正式提上了日程。初步的實(shí)驗(yàn)后，我們得到了復(fù)雜的分析結(jié)果，意味著我們要從數(shù)千個(gè)差異表達(dá)的候選基因中，找到控制血桃著色性狀的關(guān)鍵基因。顯然這并非易事。

那段時(shí)間，我和學(xué)生們幾乎天天泡在實(shí)驗(yàn)室里，不斷地優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，反復(fù)查閱相關(guān)文獻(xiàn)和核對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。最后，在與新西蘭科學(xué)家的合作下，我們利用病毒介導(dǎo)的瞬時(shí)沉默技術(shù)，達(dá)到了在桃果肉中驗(yàn)證候選基因的目的。

終于，課題組成功克隆了調(diào)控血桃著色的BL基因，并成功解釋了血桃和白肉桃的果肉出現(xiàn)如此明顯差異的原因。這些成果成為了我們團(tuán)隊(duì)的重大突破，同時(shí)，研究中發(fā)現(xiàn)的BL基因也是我國(guó)果樹(shù)研究領(lǐng)域首個(gè)通過(guò)圖位克隆方法挖掘到的功能基因。這一科學(xué)發(fā)現(xiàn)極大地推動(dòng)了我國(guó)果樹(shù)遺傳學(xué)研究。

Part.2?紅色“桃心”，為罐頭生產(chǎn)帶來(lái)難題

除了血桃這種比較特殊的品種外，還有一類桃子在日常生活中也比較常見(jiàn)，但背后的科學(xué)問(wèn)題卻鮮少有人思考。在桃加工產(chǎn)業(yè)中，有一種“近核紅”現(xiàn)象，即靠近桃果核的果肉呈紅色，這種現(xiàn)象對(duì)罐裝桃的生產(chǎn)帶來(lái)了額外的挑戰(zhàn)。因?yàn)檫@意味著制作桃子罐頭時(shí)，人們需要對(duì)紅肉部分進(jìn)行額外的處理，增加了生產(chǎn)成本。因此，弄清楚“近核紅”性狀的產(chǎn)生原因，不僅是一個(gè)有趣的科學(xué)問(wèn)題，更是一個(gè)亟待解決的產(chǎn)業(yè)需求。

通過(guò)遺傳學(xué)和分子生物學(xué)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，我們篩選出了幾十個(gè)可能的候選基因，通過(guò)不斷地排除和檢驗(yàn)，最終，我們鑒定到調(diào)控桃果實(shí)近核紅性狀形成的重要基因，并發(fā)現(xiàn)其關(guān)鍵的協(xié)同因子。在這兩個(gè)基因的共同作用下，促進(jìn)了調(diào)控花青素合成的“明星基因”PpMYB10.1的轉(zhuǎn)錄水平，從而引起近核處花青素的大量積累，導(dǎo)致了“近核紅”現(xiàn)象的產(chǎn)生。該研究成果可以為加工桃新品種的選育提供重要的理論依據(jù)和基因資源。

Part.3?每個(gè)桃身上都有毛毛，但油桃怎么光光的？

作為一種形態(tài)豐富的水果，桃與桃的不同不僅體現(xiàn)在果肉上，還體現(xiàn)在外觀上。一直以來(lái)大家都很好奇，為什么有的桃子果面有毛，有的桃子果面光滑沒(méi)毛？桃子果面光滑與否是什么原因?qū)е碌哪?？我們團(tuán)隊(duì)的一名研究生也注意到了這個(gè)有趣的問(wèn)題。他在前人遺傳學(xué)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)一年多的基因功能分析和驗(yàn)證，找到了引起毛桃和油桃分化的關(guān)鍵候選基因。

就在他十分開(kāi)心地準(zhǔn)備撰寫(xiě)學(xué)術(shù)論文時(shí)，網(wǎng)上的一篇類似的文章悄然發(fā)表了——意大利的一位科學(xué)家也關(guān)注到了這個(gè)問(wèn)題，并發(fā)現(xiàn)了控制油桃形成的關(guān)鍵基因。相同的性狀，同一個(gè)基因，這意味著學(xué)生的科研工作瞬間變得沒(méi)有吸引力。我一邊安慰著失落的學(xué)生，一邊思索著如何將這方面的研究做得更加深入，好讓之前的努力不至于白費(fèi)，也期待著能為了解油桃和毛桃的分化機(jī)制提供更加確鑿的證據(jù)。

功夫不負(fù)有心人，在團(tuán)隊(duì)成員的共同努力下，我們?cè)谔夜麑?shí)表面有毛和無(wú)毛的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步找到了導(dǎo)致油桃表面光亮的原因。更有趣的是，控制這兩個(gè)性狀的基因居然是同一個(gè)——PpMYB25，這個(gè)基因不僅控制著桃果皮毛的形成，并且還調(diào)控果皮蠟質(zhì)的合成。因此，如果PpMYB25突變，將會(huì)導(dǎo)致桃表皮光亮、無(wú)毛的特性，即表現(xiàn)為我們平時(shí)所說(shuō)的“油桃”。

Part.4?“淡妝”還是“濃抹”？花青素說(shuō)了算

除了桃子果實(shí)，從古至今，人們對(duì)桃花的熱愛(ài)也是有增無(wú)減，而二色桃則是桃花中當(dāng)之無(wú)愧的翹楚?！疤一ㄒ淮亻_(kāi)無(wú)主，可愛(ài)深紅愛(ài)淺紅”“幸得識(shí)卿桃花面，從此阡陌多暖春”，宋代詩(shī)人邵雍也曾專門題詩(shī)贊美二色桃，“施朱施粉色俱好，傾國(guó)傾城艷不同。疑是蕊宮雙姊妹，一時(shí)俱肯嫁春風(fēng)”。二色桃俗稱“紅白花”桃，該品種在一棵樹(shù)上或者一個(gè)枝條上有交替的紅色、白色和粉紅色的花，甚至有的花瓣也是紅白相間的。

為了弄清楚紅白花中出現(xiàn)這種“跳色”的神奇現(xiàn)象，我們開(kāi)展了大量研究：從不同顏色花中花青素含量和種類的差異分析，到花青素合成通路上結(jié)構(gòu)基因、花青素轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的轉(zhuǎn)錄水平檢測(cè)；從比較轉(zhuǎn)錄組分析，到比較蛋白組分析……每一步看似簡(jiǎn)單的過(guò)程，背后都藏著團(tuán)隊(duì)成員們無(wú)數(shù)個(gè)日夜的埋頭苦干，和一次次不厭其煩的重來(lái)。隨著研究的不斷深入，我們終于弄清了產(chǎn)生這種雜色花的原因。

原來(lái)，是控制桃花青素轉(zhuǎn)運(yùn)的Riant基因比較“調(diào)皮”。研究發(fā)現(xiàn)，在白花和粉花中出現(xiàn)了幾個(gè)堿基的缺失或插入，導(dǎo)致Riant基因的功能失活，所以無(wú)法正常地將花青素轉(zhuǎn)運(yùn)到液泡中進(jìn)行儲(chǔ)存，從而導(dǎo)致出現(xiàn)桃花顏色的差異。表現(xiàn)在整個(gè)植株上，就會(huì)形成一棵樹(shù)、一個(gè)枝條或一朵花上面能同時(shí)呈現(xiàn)紅色、白色和粉色的現(xiàn)象。

Part.5?這個(gè)產(chǎn)業(yè)“小目標(biāo)”，我們一步步實(shí)現(xiàn)

色澤和風(fēng)味品質(zhì)是評(píng)價(jià)果實(shí)品質(zhì)的兩個(gè)主要因素，其中，有機(jī)酸和可溶性糖的含量和比率是決定果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)的關(guān)鍵因素。為了進(jìn)一步提高桃子的商品價(jià)值，我們團(tuán)隊(duì)也一直致力于研究桃果實(shí)有機(jī)酸和可溶性糖積累的遺傳機(jī)理。中國(guó)人的口味偏甜，而歐美國(guó)家則是更喜歡酸味?；谶@種口味的差異，東、西方在果樹(shù)品種的選育方面也有著不同的側(cè)重點(diǎn)。

中國(guó)人選育的一些桃的品種多是“高糖低酸”，而西方則是“高糖高酸”，或者“中糖高酸”。不同品種之間的表型差異固然與種植技術(shù)的高低、環(huán)境因素有關(guān)，但這種差異主要還是由遺傳因素來(lái)決定的。為搞清影響桃果實(shí)酸度和糖含量的機(jī)制，我們開(kāi)展了相關(guān)研究。近十年來(lái)，我們團(tuán)隊(duì)保育了200余份桃核心種質(zhì)材料，通過(guò)這些材料，再借助遺傳學(xué)方法，我們鑒定到控制桃果實(shí)酸度和糖含量的候選基因，明確了它們?cè)谔夜麑?shí)中影響糖和酸的含量高低的機(jī)制。

基于這些研究結(jié)果，我們開(kāi)發(fā)了一系列與糖和酸性狀顯著關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)記，通過(guò)這些關(guān)鍵的位點(diǎn)信息，可以指導(dǎo)桃樹(shù)雜交后代的選擇，為優(yōu)質(zhì)桃品種的選育提供了技術(shù)保障?！盎A(chǔ)研究的最終目的都是要服務(wù)于產(chǎn)業(yè)發(fā)展的”。傳統(tǒng)的育種方式逐漸被現(xiàn)代育種所取代，全基因組選擇育種、基因工程改良和基因編輯等技術(shù)也終將因其明顯的優(yōu)勢(shì)而走上時(shí)代的舞臺(tái)。

然而，桃的遺傳轉(zhuǎn)化是世界性難題，到目前為止還沒(méi)有形成高效完善的桃穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化體系。“就算是硬骨頭，我們也要把這塊骨頭給啃下來(lái)”，經(jīng)過(guò)五年的努力，在嘗試了100多份不同品種的不同外植體材料后，我們終于構(gòu)建了發(fā)根農(nóng)桿菌介導(dǎo)的桃根系遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)體系，并得到了“轉(zhuǎn)基因根-野生芽”的復(fù)合型植株。同時(shí)，我們還成功建立了桃愈傷組織的穩(wěn)定遺傳轉(zhuǎn)化體系，而桃完整植株的轉(zhuǎn)化體系構(gòu)建目前也正在有序進(jìn)行中。

Part.6?遇到瓶頸，我選擇“埋”進(jìn)文獻(xiàn)

很多人問(wèn)我，做科研的秘訣是什么？我想了想，秘訣談不上，但如果非要說(shuō)，那就是“堅(jiān)持不懈”。每當(dāng)遇到科研難題或者瓶頸，我會(huì)把自己“埋”進(jìn)文獻(xiàn)中，反復(fù)思考和分析，尋找解決問(wèn)題的突破口。正是這種不斷用科學(xué)前沿的知識(shí)充實(shí)自己，不斷觀察國(guó)家和產(chǎn)業(yè)的最新動(dòng)態(tài)需求，不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析總結(jié)的態(tài)度，使我們?cè)谘芯恐胁粩嗳〉眠M(jìn)展。

我們的研究不僅在學(xué)術(shù)上取得了重要突破，對(duì)桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也具有深遠(yuǎn)的意義?；谔绎L(fēng)味、色澤品質(zhì)的基礎(chǔ)研究成果，我們開(kāi)發(fā)了與糖、酸含量高低緊密連鎖的分子標(biāo)記，并進(jìn)行了雜交親本的選擇，開(kāi)展了分子標(biāo)記輔助選擇育種。近兩年，我們團(tuán)隊(duì)與湖北省農(nóng)科院、安徽省農(nóng)科院合作選育了4個(gè)桃新品種，累計(jì)應(yīng)用推廣面積超過(guò)2萬(wàn)畝。這些新品種不僅豐富了市場(chǎng)選擇，也提高了桃產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

在桃果實(shí)遺傳與改良的研究中，我們遇到了許多挑戰(zhàn)，但也取得了許多重要的突破。未來(lái)，我們希望能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)桃色澤和風(fēng)味的自由調(diào)控，為滿足消費(fèi)者的多樣化需求，大幅提升桃產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力而努力。我們將繼續(xù)深入研究，爭(zhēng)取在桃果實(shí)遺傳與改良領(lǐng)域取得更多突破，為桃產(chǎn)業(yè)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。科學(xué)研究是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的工作，需要堅(jiān)持不懈的努力和創(chuàng)新精神。在科研的道路上，我們?nèi)缤燎诘慕橙?，在桃園中不斷耕耘，培養(yǎng)了一批又一批后起之秀。但是，我們都愿意做“鋪路人”，把對(duì)科學(xué)研究的這份熱忱一代一代地傳承下去……

來(lái)源：科學(xué)大院

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