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大数据驱动的蔬菜品质研究再结硕果-最新研究成果于Nature Plants(自然·植物)期刊发表

来源: 发布时间:11-29 作者: 点击量:

    我所尚轶副研究员和黄三文研究员组织完成的“葫芦科作物苦味性状的趋同驯化与差异进化”于11月29日以长篇幅研究论文(Research Article)的形式在国际知名学术期刊—Nature Plants上在线发表,这是他们继2014年在国际顶级学术期刊Science上发表黄瓜苦味形成机理研究成果后,将大数据应用到植物次生代谢研究,改良蔬菜瓜果品质又一成功实践。
    随着生活水平越来越高,消费者开始抱怨市场上销售的部分蔬菜和水果不好吃,缺少了其应有的味道。而味道的获得与丢失与植物中次生代谢产物的分布和积累情况密切相关。次生代谢产物是植物在与外界环境长期相互作用过程中产生的天然化合物,有的具有令人愉悦清香味;有的却具有苦味或毒性,是植物合成的“天然农药”,被用来抵御病虫害等不利环境。因此,要找回“好吃”的味道,意味着必须实现对次生代谢产物在作物中的分布进行精准调控:可食用的部位可积累令人愉悦的化合物但要避免“天然农药”的产生。由于植物含有数以万计、结构各异的代谢产物,要实现这一目标必须在基础研究领域有所突破,而这一直都是该领域的研究重点和难点。
    与大田作物和模式物种相比,蔬菜作物基础比较薄弱。2005年以来,黄三文的科研团队一直致力于蔬菜作物基因组、转录组、变异组等大数据研究,为研究重要园艺性状、开展分子育种提供不可缺少的基础工具。国际顶级学术期刊Nature(2011,2012)和Nature Genetics(2009,2013,2014)先后5次报道了该团队等所取得的成果,标志着我国确立了在蔬菜作物基因组学研究领域的国际领先地位。随后,该团队尚轶小组开始尝试将基因组等大数据应用到植物次生代谢研究。在经历了长达5年时间的探索和积累后,Science以长篇幅研究论文的形式报道了他们的研究成果。国际著名生物医学论文评价系统(Faculty of 1000)如此评价该工作:“显示了最前沿的基因组学在植物驯化和合成生物学研究中的作用”。在这一研究的指导下,合作伙伴、湖南蔬菜研究所陈惠明研究员培育了四个华南黄瓜新品种,彻底解决了华南黄瓜容易变苦的生产难题,也是蔬菜基础研究“把论文写在大地上”的一次成功的实践。
    在获得初次成功后,尚轶小组迅速投入另一个重要科学问题研究中:葫芦科其他植物如西瓜、甜瓜等是否存在类似的分子机制?如果是,则意味着可借鉴黄瓜苦味研究成果,在其他作物中也实现可操控的无苦味品种培育方案,彻底解决苦味对葫芦科作物商品品质的影响。经过两年时间的研究,通过综合运用多种研究手段,他们揭示了葫芦科植物具有非常相似的苦味性状驯化历史。利用这一趋同驯化的特点,育种家可实现对西瓜、甜瓜根中和果实中的苦味性状分别进行精确调节,一方面确保果实中不积累苦味物质,保证商品品质;另一方面提高根中的苦味含量用于抵御土壤中的病菌、害虫的侵害。此外,该研究首次利用比较基因组学阐明了不同苦味物质间结构细微差异产生的原因,为系统解析结构异常丰富的植物次生代谢产物多样性也提供了重要借鉴。
    本项成果是在中国农业科学院科技创新工程的推动下,蔬菜所协同基因组所、联合国内外几家单位合作创新的结果。研究得到了国家杰出青年科学基金、国家“973”计划、“863”计划和农业部“948”等项目的资助。博士后周渊、博士生马永硕、湖南农大曾建国教授及中科院植物所段礼新博士为论文共同第一作者,尚轶副研究员和黄三文研究员为共同通讯作者。论文第一作者周渊博士获得了“中国农业科学院优秀博士后”的荣誉,获聘华中科技大学药学院副教授。

               

               

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