基因“驯化”农作物
来源：南方都市报 日期:2015-11-20
在深圳举行的第二届国际农业基因组大会上，中国农科院深圳农业基因组研究所(以下简称“深圳农业基因组研究所”)所长钱前介绍：中国已将包括水稻、小麦、玉米和黄瓜等70%-80%重要的作物完成了基因组测序，并初步掌握了这些作物遗传基因的功能性状，“研究水平已走在国际前列。”为什么要研究农作物的基因?这与种子的培育有什么关联?走在国际前列的基因组测序又意味着什么?
植物酸甜苦辣
由基因碱基对排序决定
在深圳农业基因组研究所副所长黄三文看来，种子是整个农业的基础。而在种子所成长的条件中，机械作业、灌溉、施肥等都是外因，只有种子本身蕴含的爆发力才是内因。“种子可能产生的增加值，在农业的增加值的贡献里可以达到50%，是核心的竞争要素。”目前，人类已经大致测出水稻基因大约3万个，黄瓜基因是2.5万个左右。“这些基因决定了这些农作物的产量、品种、口感、抗虫害等，了解后我们可以更加主动地利用知识来培育更好的种子。”黄三文说。
让我们回到起源———基因，一个D N A片段，可理解为一个储存着生命孕育、生长、凋零的黑箱子。在科学家可以破译并了解其之前，由其控制的生命信息被悄然复制、转录并表达，完成生命的接替和物质的合成。有意思的是，我们肉眼所能看到的植物高矮胖瘦，以及品尝到的酸甜苦辣等，都由这些权威的信息者决定。如果你认为基因是全世界细胞中最小的单位，那就犯了一个常识性的错误。当我们把基因再进一步解剖就会发现，一个基因由N个碱基对组成。当黄瓜苦了，或是番茄酸了，无论是商人还是科学家，都需要回到这碱基对上，因为它的排序决定了植物的表达。
以前眼瞪嘴尝靠经验
现在育种有基因标记
如果说医生是在看病下药，那么在深圳大鹏挂牌一年多的深圳农业基因组研究所研究员是在看基因育种。在农业基因组研究开展之前，例如袁隆平一代的水稻研究者们对于提升口感或抗旱、抗病能力方面，都要使用最为原始的方法———用眼睛瞪，用嘴巴尝。“所以，每一个农业科技的研究者都是一个经验主义者，而且每一次育种都需要很长的时间来反复试验，甚至种了几大片田也很难找到想要的结果”，深圳农业基因组研究所绿色超级稻分子设计与全基因组育种团队首席研究员徐建龙介绍说。
从2001年开始，科学家们开始探索农业基因的秘密，并试图打破靠传统经验来分析植物内在规律和性状的方式，基因测序也登上了舞台。徐建龙介绍，DN A是一条长链，碱基就是构成链条的原材料，不同的组合排列和所在的位置，将决定出不同的表达性状。如今，研究者们可以用基因的标记帮忙快速、准确地定位。
所谓分子标记育种，需先开发抗病基因的分子标记(相当于染色)，在其与普通种子杂交的后代中，利用这个标记在早期进行抗性基因检测，筛选出有抗病基因的植株，淘汰掉那些没有抗病基因的植株，这样就大大提高了育种效率。“这样一来，在大范围进行育种前，就已经实施了一次筛选，这比广撒网再自然淘汰来育种要快很多。”徐建龙介绍，当研究者对能够抗病的种子进行基因测序和性状对比分析，并找到抗病基因以后，通常有两种可行的方法进行转育。一是通过分子标记辅助育种，二是通过转基因育种。“不过目前，后者在国内并没有推广。”
种子基因资源大战
聚焦于“好基因”开发
徐建龙讲了一个故事，以前有一家国外的跨国公司，利用中国的野生大豆材料破译了抗除草剂的基因，并申请了专利保护。如果未来的人想要使用它，就需要付费。在这个行业，一个好基因就是一个产业，甚至有人给出起码10亿元的估值。当然，所谓的“好”与“坏”只是针对科学工作者的术语，比如能导致抗旱、抗病或者果实丰满。
目前，在基因组研究的王国里，各国的科学家们都在竭尽脑汁用体力和脑力突破难题，抢占基因专利的申请。可是，已经被反复杂交和优化的种子里，有些好的性状基因已经被丢失了。于是，人们将全球各地的种子收集起来，成立一个个巨大的种质库。“每隔一段时间，我们也会从世界各地、各乡村收集各种类型的种子，包括野生资源和农民手里种植的，剔除那些重复的，然后保存起来，维持种质库的动态更新。”徐建龙说，国家对于种子资源的争夺，其实是集中在对于“好基因”的开发上，目前已经很激烈。
对此，中国农业科学院副院长吴孔明也表示认可：“一个功能基因就是一个产业，这是一个蕴藏了无数宝库的自然资源，谁先发现了谁就占据了制高点。所以全球各个国家都在试图占领这些制高点，通过这样来发展产业的制高点。”
数据
严建兵介绍，玉米通过杂交等技术，产量增加了3-4倍，但过去10年单产基本没有增加。中国提到粮食产量1 1连增，基本是通过使用更多化肥农药来实现的，这给环境带来了巨大的压力。
徐建龙介绍，全球目前大约有250万份的种子储备，光是我国水稻的种子储备就有8万多份。
据了解，我国最大的两个种子保存库为1986年建成的国家作物种质库，及2002年建成的国家农作物种质保存中心，可为种子提供长期和中期保存，两者长期贮存总容量可增加到6 0万～7 0万余份。种质贮藏条件为：温度-18℃±1℃，相对湿度 <50%。
揭秘
尝18万口苦叶后 驯服苦黄瓜
“黄瓜没有黄瓜味了，西红柿的味道越来越淡了!”提高蔬菜品质，让孩子们都喜欢吃蔬菜，这是黄三文想要开始研究黄瓜等蔬菜基因组的初衷。他想试试能不能从基因组的研究中，解决农民和消费者遇到的一些难题。
黄瓜的基因是2 .5万个，比水稻略少，算得上经济作物内基因数最少的一种。在黄瓜狂野的过去，祖先曾长得面目狰狞，荔枝般大小，通体碧绿，除了像海胆一样满身是刺外，果实还极苦。但在五千多年前的一天，一个印度人咬了一口野黄瓜却意外发现很清甜，他留下了种子。经过一代代的种植和挑选，那些味苦、刺儿多的被逐渐淘汰，最后逐渐成为一种蔬菜。我国的黄瓜，是汉朝张骞出使西域时带回来的。
“驯化其实就是一个人工选择的过程。”黄三文说，虽然一般的黄瓜不苦，但华南黄瓜品种在遇到低温、高温、干旱时，桀骜不驯的黄瓜会凸显先祖的本性，漏出苦涩来。据他推测，这种条件下黄瓜可能是在自我防卫，“变苦很可能是为了保护果实不被动物们吃，好繁衍后代。”但是，市场不喜欢苦黄瓜，农民碰上这样的黄瓜时感觉头疼。黄瓜的苦味蕴藏在两个地方，一是叶子，一是果实。为了去掉果肉的苦味，欧美采取了“简单粗暴”的方法，将黄瓜苦味物质葫芦素C完全破坏掉，虽然果实不苦了，可也牺牲了叶子的抗虫性。
为了兼顾两者，黄三文团队用了5年的时间去寻找可能的办法，最终在2.5万个黄瓜基因中找到了控制葫芦素C合成的9个基因。在找到了这些基因后，黄三文的团队还要找到去除苦味的办法。他发现，有两个“主开关”基因直接控制苦味代谢。如果能够精确调节果实和叶子中这两个“开关”的表达模式，可使黄瓜叶苦而瓜不苦。…
