這顆中國番茄何以實現(xiàn)高端突圍
山農(nóng)大李傳友教授團隊破解植物再生與防御密碼，培育出高端番茄品種矩陣
作為國內(nèi)引進的主流高端番茄品種之一——法國Saopolo番茄的種子，一顆就要18元。山東農(nóng)業(yè)大學李傳友教授團隊培育的“泰番玲瓏珠”，不僅產(chǎn)量和品質(zhì)可以媲美Saopolo番茄，而且價格還不到它的五分之一。
這不僅是價格的差距，更是一場高端種業(yè)的“突圍戰(zhàn)”。如今，李傳友團隊已培育出可替代進口的“泰番”系列高端番茄新品種30余個，形成了國產(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)育機理研究領域的突破性貢獻，李傳友獲國際知名的“洪堡研究獎”。這個獎，標志著中國科學家在作物育種基礎研究領域，已經(jīng)站在了國際學術(shù)前沿。
找到開鎖的鑰匙
“全世界搞育種的，都卡在兩個‘硬骨頭’上?！辈稍L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?！?/span>
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)和人類有點像。感染了，要啟動防御；敵情解除了，要適時剎車。剎車不靈，就會過度免疫——就像有些感染疾病的重癥患者，很多不是被細菌或病毒殺死，而是被自己的免疫反應“燒”死的。
“植物比人聰明?！崩顐饔颜f，“它不能動，天天被蟲子咬、被病菌侵，可它從來沒把自己‘燒’死。它有一套精確的剎車系統(tǒng)。”
根據(jù)國外研究成果，植物存在系統(tǒng)性防御現(xiàn)象，其中，發(fā)揮關(guān)鍵作用的有兩個因子——系統(tǒng)素和茉莉酸。但對于它們?nèi)绾伟l(fā)揮作用及其作用機理是什么，學術(shù)界一直沒有研究清楚。
經(jīng)過20余年的研究，李傳友團隊鑒定到了系統(tǒng)素有兩個受體SYR1和SYR2，它們作為受傷程度的感受器：一個當油門，啟動防御；一個當剎車，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，國際頂級期刊《細胞》發(fā)表了李傳友團隊的研究成果。他們發(fā)現(xiàn)了一種叫REF1的再生因子，植物受傷后，它會像指揮官一樣發(fā)令：啟動修復。
中國科學院院士種康評價：“該研究對細胞分化與再生領域的基礎科學研究和生物技術(shù)應用都具有突破性意義。植物再生因子REF1的發(fā)現(xiàn)和利用，對我國用好基因編輯這把‘劍’，打贏種業(yè)翻身仗、加快國家生物育種產(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勢。（□資料圖）
挑戰(zhàn)導師的導師，從“失敗”里撿到寶
這兩把鑰匙是如何找到的？
20世紀70年代，美國科學家瑞恩教授用番茄做研究，發(fā)現(xiàn)了一個現(xiàn)象：一片葉子被蟲咬了，整株番茄都會產(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的物質(zhì)，給它取名“系統(tǒng)素”。
他認為，系統(tǒng)素是那個送信的“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。
這個結(jié)論，寫進了美國的教科書。
年輕的李傳友在博士后期間，恰好進了瑞恩教授學生的實驗室。讀到這個理論后，他決定親手驗證一下。
“實驗數(shù)據(jù)一遍遍告訴我，這個結(jié)論不對?！崩顐饔颜f。他做了一個嫁接實驗，結(jié)果證明，真正跑長途送信的，不是系統(tǒng)素，是茉莉酸。系統(tǒng)素確實重要，但它只在受傷部位發(fā)揮作用，它的任務是增強茉莉酸的合成。
他把結(jié)果寫成論文發(fā)表。發(fā)表后，瑞恩教授看到了，并在美國科學院院報上發(fā)了篇評論，公開說這是一個新發(fā)現(xiàn)。
2003年，李傳友回國，在中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所建起自己的實驗室。因為研究茉莉酸，他給實驗室取了個名字，叫“茉莉家園”。
“茉莉家園”里，有一堆防御反應出問題的突變體，是他們攢了二十年的“家底”。沒想到這些外人眼中的“破爛”，后來會派上大用場。
當時，團隊想找再生因子。如果直接用遺傳學方法篩再生的突變體，篩一輪要花很長時間，根本“篩不動”。
李傳友換了個思路。他琢磨：植物受傷后，一邊要防御，一邊要再生。這兩個事是同時發(fā)生的，分不開。那如果一個突變體再生出毛病，它的防御是不是也有毛??？
順著這個邏輯，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。
果然，他們篩到了一個叫spr9的突變體——防御有問題，再生也有問題。
實驗“做不出來”，本身就是答案
這時候，一個叫楊文韜的博士生站了出來。她負責對突變體做遺傳互補驗證。按理說，把基因轉(zhuǎn)回去，突變體應該恢復正常?？伤趺丛嚩疾恍小獡Q培養(yǎng)基，不長；調(diào)溫度，不長；換光照，還是不長……
2020年5月，李傳友主動問起實驗進展。楊文韜憋了半天，終于開口：“老師，我這個基因……可能分離錯了?！?/span>
“怎么錯了？”
“我做不出轉(zhuǎn)基因來，沒法做遺傳互補?！?/span>
“這就對了！”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，當然做不出轉(zhuǎn)基因來。這不就是我們找了十幾年的東西嗎？”
原來，實驗“做不出來”，本身就是答案。
實驗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級直博生，研究再生的精細調(diào)控；劉浩峰是2023級博士生，手里有個對青枯病高抗的材料，正琢磨怎么把抗性基因找出來、用到生產(chǎn)上。
文章被接收那天，晁瑜記得特別清楚：“早上來的郵件，當天上班，實驗室里就傳開了，大家都特激動。高興的同時，也覺得李老師這么多年的心愿，終于實現(xiàn)了?！?/span>
李傳友常說一句話：“做研究的過程中，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，一種可能是做錯了，更多的時候，意味著創(chuàng)新性很強?！?/span>
這話，他的學生都記得。
如今，李傳友帶領團隊從番茄里找到的“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·齊魯壹點記者 鞏悅悅 王建偉）
來源：大眾新聞·大眾日報
編輯：李婕寧 王譽林
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