6萬棵黃瓜的葉子嘗下來，黃三文研究團(tuán)隊的二十幾個成員練就了非常能“吃苦”的舌頭，也落下了“吃什么都要品品苦味”的“毛病”。這一點不夸張，當(dāng)每天嚼幾百片苦葉子，連嚼二十幾天的時候。
揪下一片黃瓜葉，放進(jìn)嘴里嚼幾下，一股猛烈的苦味襲來，吐出來，趕緊漱口，“特澀特干，舌頭像被燙過一樣。”對于43歲的中國農(nóng)科院蔬菜花卉所研究員黃三文來說，比舌頭更焦灼的是心情。
絕大多數(shù)黃瓜葉子極苦，盡管這些黃瓜經(jīng)過了基因“誘變”，但想從6萬棵中找到不苦的葉片幾率仍然非常低。“這是一項非常艱巨的工程，有可能什么都發(fā)現(xiàn)不了。”終于嘗到一棵黃瓜的葉子不苦時，悶熱的大棚沸騰了：“一群人沖過去都揪那個葉子嘗！”
“你愿意去吃苦瓜，但你不愿意去吃苦的黃瓜。”國際黃瓜基因組計劃首席科學(xué)家黃三文進(jìn)行了長達(dá)5年的研究，終于發(fā)現(xiàn)了黃瓜苦味物質(zhì)的基因成分，并找到了在果實和葉片中控制苦味的基因開關(guān)。這不僅將解決黃瓜變苦的問題，還為將來開發(fā)治療癌癥的藥物打下基礎(chǔ)。
研究成果11月28日作為封面文章發(fā)表在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上。身兼美國、德國和英國科學(xué)院院士的德國馬普學(xué)會發(fā)育生物學(xué)研究所所長Detlef Weigel興奮地給黃三文發(fā)郵件：“酷！這是一項漂亮的杰作，是科研教學(xué)的完美案例！”
苦味藏在哪兒
不光家畜是從野生動物馴化而來的，其實蔬菜也有狂野的過去。黃三文告訴記者，黃瓜的祖先長相猙獰，它們荔枝大小，通體碧綠，像海膽一樣滿身是刺，果實極苦，輕咬一口就讓人腸胃盡空。“除非當(dāng)作瀉藥，否則你不會想去吃野生黃瓜的。”論文合著者、加州大學(xué)植物生物學(xué)教授威廉姆·盧卡斯對媒體說。
但在五千多年前的一天，一個或許吃壞了肚子的印度人咬了一口野生黃瓜，卻與清香不期而遇，他驚喜地留下了這株黃瓜的種子，開始自己種植。經(jīng)過一代又一代的挑選，那些個兒大、味甜、刺少的品種被廣泛種植，黃瓜也逐漸從野生草藥被“馴化”為一種蔬菜，并逐漸傳到世界各地，我國的黃瓜是張騫出使西域帶回的種子。
“馴化其實就是一個人工選擇的過程。”黃三文介紹道，盡管對人類有利的特點得到了強化，“野性難馴”的黃瓜們還是在葉片中保留了祖先的苦味，遇到干旱、高溫、低溫等不利于生長的條件，一部分果實也會變苦。
這給吃黃瓜增添了幾分冒險意味：《自然》資深編輯Skipper女士的奶奶煞有介事地告訴她，黃瓜要削對了皮才好吃，方向削反了就苦了。黃三文的奶奶也念叨著“晴莧菜雨黃瓜”，雨水少了黃瓜苦。
如今，黃三文推測，這是黃瓜在進(jìn)行自我防衛(wèi)，“植物在不利的生長條件下種子會成長得更快，變苦很可能是為了保護(hù)果實不被動物們吃，好繁衍后代”。
然而，農(nóng)民大規(guī)模種植的環(huán)境往往難以控制，原本口味清甜的黃瓜臨近上市卻變成“苦瓜”，這令育種專家們大傷腦筋。以荷蘭為代表的歐美國家采用了“簡單粗暴”的方法——把黃瓜苦味物質(zhì)葫蘆素C破壞掉，使整株黃瓜完全產(chǎn)生不了苦味，結(jié)果果實自然不苦了，但同時犧牲了葉片的抗蟲性。在荷蘭瓦赫寧根大學(xué)獲得植物育種學(xué)博士學(xué)位的黃三文對荷蘭黃瓜的“底細(xì)”很是了解。
“果實苦對農(nóng)民生產(chǎn)上是不利的，但葉片苦對植物抗蟲性本身是有利的。要兼顧兩者，就必須得理解它為什么變苦，揚長避短。”黃三文決心為苦黃瓜尋根，從基因中找到黃瓜變苦的秘密。
合成黃瓜苦味物質(zhì)葫蘆素C的9個基因藏在黃瓜2.4萬個基因里，借助黃瓜基因組大數(shù)據(jù)，黃三文團(tuán)隊僅用了5年時間就找到了可能的基因。
“證明這些基因的功能太復(fù)雜了，在黃瓜里還不太能驗證它，我們是在酵母里進(jìn)行的。”黃三文團(tuán)隊把合成葫蘆素C所需“原材料”和“加工”原材料的基因一起放進(jìn)酵母，通過能否進(jìn)一步合成葫蘆素C判斷是不是該基因在起作用。
3個基因的功能和運作機理在酵母中得到了驗證，接下來的研究卻陷入了僵局，用了幾百升酵母以后，黃三文無奈地笑說：“可能酵母也不喜歡苦味。”
在酵母中受挫，研究者們轉(zhuǎn)向直接從黃瓜葉片中找答案。6萬棵黃瓜的葉子被全部收集起來，足有一噸重的葉片在化工廠里進(jìn)行醇化，把成千上萬種物質(zhì)一點點分離開，提取出只差最后一道基因“加工”工序的葫蘆素C半成品，僅有幾毫克，“相當(dāng)于從10億人中挑選到你愿意與他／她過一輩子的人”。加入最后一個基因后，合成了葫蘆素C。至此，合成葫蘆素C的9個基因，以及其中4個的運作機理找到了。為了這個，湖南農(nóng)大曾建國教授把他的化工廠停產(chǎn)了幾十天。
尋找苦味開關(guān)
這9個基因如同機床上的9條機械臂，源源不斷地制造著苦味物質(zhì)葫蘆素C，機床的啟動由兩個“主開關(guān)基因”控制。被馴化的黃瓜中，控制果實苦味的主開關(guān)常是關(guān)閉的，因而味道清爽，葉片苦味開關(guān)則開啟著，以抵御蟲害。但生長條件一不如意，一些“任性”的黃瓜便把果實上的苦味開關(guān)打開，9個基因立即緊鑼密鼓地批量生產(chǎn)葫蘆素C，果實也就變苦了。
想培育出口感好、抗蟲性強、甚至可做藥用的“超級”黃瓜，必須把苦味開關(guān)的控制權(quán)從黃瓜手中奪過來。黃三文的合作伙伴，湖南蔬菜所的陳惠明研究員把10多萬顆黃瓜種子放在誘變劑中進(jìn)行誘變，在極少數(shù)情況下，控制葉片苦味開關(guān)的基因會出現(xiàn)變化，找到葉片開關(guān)失靈的植株是進(jìn)一步研究的關(guān)鍵。
他們把10多萬顆種子中存活的6萬顆種下。黃三文深知變異幾率之小，只能盡可能地把15畝地種滿，這幾乎是一場賭博，“必須要有這個量，如果只種了5.9萬棵，可能不苦的那兩棵就在沒種的1000棵里”。
基因突變的黃瓜們沐浴著科學(xué)家殷切的目光成長了起來，下一個問題接踵而至：怎么判斷黃瓜的葉片苦不苦？還沒有這么多儀器能直接作出大規(guī)模分析，“最簡單、最便捷的方式就是靠人去嘗”。黃三文研究團(tuán)隊加上前來幫忙的學(xué)生，一共二十幾人，2012年整個暑假都在悶熱的大棚里進(jìn)行“化學(xué)分析”，使用的就是“最原始的儀器”——舌頭。
盧卡斯團(tuán)隊種了一部分黃三文送的黃瓜種子，也進(jìn)行了小范圍的品嘗。“這個研究還挺容易的。”盧卡斯教授開玩笑道，“你只要嚼一小口黃瓜葉子，舌頭就給你讀數(shù)啦！”
為了防止出現(xiàn)“誤讀”，每個“儀器”都要配備一大瓶水，每“化驗”完一片要立即漱口，“要不嘗不出下一棵是苦還是不苦”。3人一組同時品嘗，結(jié)果一致才能最終判定。18萬口苦葉子嘗下來，終于找到了兩株不苦的，葉子幾乎被撲上來的研究者們“搶食一空”，種子則被非常金貴地保存了起來。依靠這兩棵“吃苦”得來的研究材料，黃三文團(tuán)隊找到了控制黃瓜葉片苦味的開關(guān)，對照其結(jié)構(gòu)和功能在果實中尋找，又“順藤摸瓜”地找到了控制黃瓜果實苦味的開關(guān)。
黃瓜苦味和馴化的秘密被揭開，“這揭示了馴化如何改變了黃瓜基因……理解了這一過程，也許可以幫助其他原本不能吃或者沒營養(yǎng)的作物被馴化”。第一作者尚軼很開心。他從清華博士畢業(yè)5年了，一直在攻關(guān)這個項目，沒有發(fā)表過任何其他論文，職稱也只能停在助研。黃三文很欣賞這位80后助手。
黃三文請整個團(tuán)隊喝了香檳慶祝，隨手翻開桌上一本《美國國家地理》雜志，這位海歸博士卻不禁有些感慨：“你看孟山都把每個玉米種子都用機器切下去一塊，這不影響它萌芽生長，但可以通過這一塊小的東西去分析基因組，判斷這顆種子到底播不播種。”黃三文從國外玉米育種圖片上抬起眼睛：“人家已經(jīng)把工作做到這個程度了，我們還在用舌頭、眼睛、尺子，想要把農(nóng)業(yè)育種搞起來，必須要用到基因組技術(shù)，這是我想做的事情。”
還是一個灰箱子
跟隨好奇心去了解事物的原委是黃三文最喜歡的事：“我對揭示事物的本質(zhì)很有興趣，這是我科學(xué)探索的真正動力。”年過七旬的盧卡斯教授說自己“永遠(yuǎn)19歲”，黃三文很贊同：“我們搞研究就是要像孩子一樣保有初心。”
出于好奇的廣泛涉獵還帶來了意外收獲——從《本草綱目》中發(fā)現(xiàn)了苦黃瓜葉子的藥用價值。黃三文從書柜里搬出像兩塊磚頭那么厚的《本草綱目》，翻開折頁，“胡瓜”條目上劃了線：“清熱解毒利水道，葉苦，有小毒。”
研究者們認(rèn)為起作用的正是葫蘆素C，這已經(jīng)在研究中得到了證實：癌細(xì)胞對葫蘆素C很敏感。此外，控制血糖的效果也很明顯。黃三文課題組已與協(xié)和醫(yī)學(xué)院合作，后者專門從事葫蘆素C藥用價值的研發(fā)。
研究被報道后，一個大連農(nóng)民直接打電話到農(nóng)科院，“問我們要苦黃瓜的種子，他已經(jīng)準(zhǔn)備做藥用了！”苦黃瓜的種子現(xiàn)在還沒有。但是根據(jù)現(xiàn)在的發(fā)現(xiàn)，經(jīng)歷千百年“馴化”的黃瓜或?qū)⒈?ldquo;反馴化”，“用種植黃瓜與野生黃瓜進(jìn)行雜交，果實就能又大又苦，彌補野生黃瓜太小不好入藥的缺陷”。用于食用的也將是“超級黃瓜”，葉子能抗蟲，果實在任何條件下不會變苦。
黃三文不無遺憾地把“加工”葫蘆素C的機床比作“灰箱子”，因為已經(jīng)知道了箱子里的9個基因是什么，也找到了開關(guān)和其中4個的運作機理，但還有5個基因的作用尚不清楚。
等最后一層灰布揭開，它的藥用價值也將得到開發(fā)，葫蘆素C將會像抗瘧疾的青蒿素一樣在酵母中大規(guī)模生產(chǎn)，“啤酒中就有酵母，說不定還能生產(chǎn)出具有抗癌功效的苦啤酒呢！”黃三文堅信葫蘆素C會有廣泛的應(yīng)用前景。
但更多的時候，這位科學(xué)家強調(diào)基礎(chǔ)研究走向應(yīng)用需要一個漫長的過程，社會應(yīng)該給搞基礎(chǔ)研究的人多一些寬容，“不要去追問有什么用，等到研究出來了自然會有用”。至于究竟怎么用，是搞應(yīng)用研究的科學(xué)家應(yīng)該操心的事了。黃三文課題組已經(jīng)確定了之后研究的方向，當(dāng)黃瓜葫蘆素C的秘密全然揭開以后，下一個目標(biāo)是甜瓜的葫蘆素B。
黃三文的生活似乎已經(jīng)與各種苦苦甜甜的瓜纏在一起無法分開了，每去飯店，朋友必點“乳瓜蘸醬”，他也總是給朋友們“科普”一下黃瓜品種再吃；電腦桌面上是妻子畫的黃瓜圖，兩根纏繞著的卷須下面吊著一根頂花帶刺的大黃瓜。“還挺像的吧？就是黃瓜卷須應(yīng)該是一根，她故意多畫了一根，代表DNA雙螺旋！”黃三文說。
問及生活中有什么愛好，黃三文想了想說“打球”，然后又翻開桌上的《美國國家地理》雜志，饒有興味地說：“你看這每期都有一個關(guān)于食物的專題……”
他的辦公室里，似乎唯一跟科研沒有關(guān)系的就是桌上的一本《甘苦詩文集》了，黃三文笑笑說，這是自己高中語文老師送的。甘苦是老師的名字，有苦盡甘來的意思，也代表了老師對他科研事業(yè)的期許。
