追求美味是人類的天性。在長(zhǎng)期的飲食判斷中，挑剔的味蕾可能會(huì)告訴你：黃瓜的味道應(yīng)該是清新爽口的，西瓜和甜瓜的味道則應(yīng)該是甜甜的。然而，恰恰是這幾種理應(yīng)非?！疤鹈邸钡暮J科蔬果，卻與生俱來攜帶著“苦味”基因。一旦遭遇生存逆境，它們的果實(shí)就有可能會(huì)變得苦澀難吃。
那么，這些蔬果的苦味是怎么形成的？它們的苦味基因又能不能被精準(zhǔn)調(diào)控、加以利用？日前，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所副研究員尚軼和研究員黃三文綜合運(yùn)用基因組大數(shù)據(jù)等多種研究手段成功揭示葫蘆科植物的“苦味”秘密。這項(xiàng)題為“葫蘆科作物苦味性狀的趨同馴化與差異進(jìn)化”的研究，以長(zhǎng)篇幅研究論文形式發(fā)表在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·植物》上，引起廣泛關(guān)注。 研究苦味具有實(shí)用價(jià)值 自然界中的每一種植物都有屬于自己的味道，酸甜苦辣，各有千秋。而與其他味道相比，苦味顯然不受人們的歡迎。長(zhǎng)期從事蔬菜基因組研究的黃三文說道：“苦味在果實(shí)中的存在，不僅會(huì)影響蔬果的品質(zhì)，也會(huì)影響農(nóng)民的生產(chǎn)效益。如果能深入了解蔬果苦味形成的遺傳機(jī)理，就能解決這些問題?！?植物的苦味到底是怎么形成的？“味道的獲得和丟失，與植物中次生代謝產(chǎn)物在作物可食用部分的分布和積累密切相關(guān)?！睋?jù)尚軼介紹，次生代謝產(chǎn)物是植物在與外界環(huán)境長(zhǎng)期相互作用過程中產(chǎn)生的天然化合物，有的具有令人愉悅的清香味，有的卻具有苦味或毒性。 雖然科學(xué)家早就知道植物的味道與次生代謝產(chǎn)物有關(guān)，但是每種植物的次生代謝產(chǎn)物都有成千上萬個(gè)，而且結(jié)構(gòu)各異，要準(zhǔn)確地找出影響味道的次生代謝產(chǎn)物，并找到控制它們的基因開關(guān)，無異于大海撈針。 盡管對(duì)于消費(fèi)者和生產(chǎn)者來說，苦味會(huì)影響蔬果的品質(zhì)，但對(duì)于植物本身來說，苦味卻并不是壞東西?！翱辔妒侵参锓烙『?、保護(hù)自己的一種‘天然武器’?！秉S三文告訴記者，早在數(shù)年前，歐洲就已經(jīng)培育出不苦的黃瓜，果實(shí)不苦，其他部位也不苦，但這也使作物失去了自身防御的武器。“如何更加精準(zhǔn)調(diào)控苦味基因，讓它們?cè)诳墒秤貌课徊豢?，在其他部位苦，從而既能保證果實(shí)品質(zhì)，又能保證其仍具有防御病害的能力，這成為了擺在科學(xué)家面前的一道難題。” “要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)必須在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域有所突破。”黃三文強(qiáng)調(diào)說，與大田作物和模式物種相比，蔬菜作物的基礎(chǔ)研究又相對(duì)比較薄弱，因此加強(qiáng)對(duì)苦味基因的研究顯得迫在眉睫。 大數(shù)據(jù)幫忙揭開神秘面紗 從2005年起，黃三文率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)致力于蔬菜作物基因組、變異組及轉(zhuǎn)錄組等大數(shù)據(jù)研究，為研究重要園藝性狀、開展分子育種提供不可缺少的基礎(chǔ)工具。隨后，尚軼帶領(lǐng)的科研小組開始嘗試將基因組等大數(shù)據(jù)研究應(yīng)用到代謝研究中。 “我們研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜的苦味是由葫蘆素引起的。實(shí)驗(yàn)證明，極低量的葫蘆素就能引起明顯的苦味，比典型的苦味劑咖啡因還要苦100倍左右?！睋?jù)尚軼介紹，2014年，團(tuán)隊(duì)從黃瓜的2.4萬個(gè)基因中找到了控制黃瓜苦味合成和調(diào)控過程中的11個(gè)關(guān)鍵基因，由此成功闡明黃瓜苦味物質(zhì)生物合成、調(diào)控及馴化的分子機(jī)制。 在揭秘黃瓜苦味基因之后，科研團(tuán)隊(duì)并不滿足，尚軼小組開始研究另一個(gè)重要問題：與黃瓜同屬于葫蘆科的西瓜、甜瓜等是否存在類似的分子機(jī)制？如果是，是否可以借鑒黃瓜苦味研究成果，在西瓜、甜瓜中也實(shí)現(xiàn)可操控的無苦味品種培育方案，徹底解決苦味對(duì)葫蘆科植物商品品質(zhì)的影響？ 經(jīng)過兩年時(shí)間的努力，他們發(fā)現(xiàn)葫蘆科植物具有非常相似的的苦味性狀馴化的歷史，進(jìn)一步揭示出葫蘆科植物保守但又分化的苦味合成及調(diào)控分子機(jī)制。采訪中，尚軼向記者解釋:“所謂‘保守’是指黃瓜、西瓜、甜瓜馴化歷史很相似，都經(jīng)歷了從果實(shí)極苦到不苦的過程；所謂‘分化’是指這三者苦味物質(zhì)即葫蘆素結(jié)構(gòu)及合成過程存在差異?！?“2014年，我們發(fā)現(xiàn)了黃瓜中有9個(gè)基因負(fù)責(zé)苦味物質(zhì)葫蘆素的合成，另兩個(gè)‘主開關(guān)基因’B1和Bt控制其他9個(gè)苦味合成基因的表達(dá)與否。其中，B1負(fù)責(zé)控制葉片苦味，Bt控制果實(shí)苦味。在當(dāng)時(shí)的研究中，我們已經(jīng)把苦味合成通路與調(diào)控通路都解析了?，F(xiàn)在，在西甜瓜的研究中，這種精準(zhǔn)調(diào)控繼續(xù)得到實(shí)現(xiàn)?！鄙休W興奮地對(duì)記者說，“歐洲是通過阻斷合成基因來培育不苦的黃瓜，而我們的研究則更有針對(duì)性，能夠培育葉片苦而果實(shí)不苦的優(yōu)良品種，在提升蔬果品質(zhì)的同時(shí)又兼顧了抗蟲性?！?“苦味”在育種和藥用上大有可為 “苦味”的研究會(huì)對(duì)生產(chǎn)生活帶來什么改變？2014年，在科研團(tuán)隊(duì)成功打開黃瓜苦味基因密碼后，與黃三文長(zhǎng)期合作的湖南蔬菜所黃瓜育種家陳惠明幫助華南地區(qū)培育出了4個(gè)黃瓜新品種，眼下正在徹底解決了華南黃瓜容易變苦的生產(chǎn)難題。 “與黃瓜新品種選育類似，利用現(xiàn)在的研究成果，我們可以通過精確調(diào)節(jié)西甜瓜的根和果實(shí)中苦味合成，一方面確保西瓜、甜瓜果實(shí)中不積累苦味，商品品質(zhì)更好；另一方面，還能提高根中的苦味含量，進(jìn)而提高作物抵御土壤中病菌、害蟲侵害的能力，減少農(nóng)藥使用，提高產(chǎn)量。這樣的優(yōu)秀品種無疑是廣大菜農(nóng)朋友們迫切需要的?！秉S三文向記者介紹，這次研究是利用基因組學(xué)知識(shí)改良蔬菜瓜果品質(zhì)又一成功實(shí)踐，隨著育種方面研究的推進(jìn)，相關(guān)品種的面市指日可待。 苦味可以被去除，當(dāng)然也能被利用。尚軼告訴記者，他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，黃瓜中的苦味來自葫蘆素C，但甜瓜和西瓜中的苦味則分別來自葫蘆素B和葫蘆素E，后兩者都具有很強(qiáng)的藥用價(jià)值。據(jù)了解，古代醫(yī)書《本草綱目》記載甜瓜的瓜蒂具有催吐及消炎的功效，其瓜蒂正含有大量的葫蘆素，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究也證明葫蘆素能抑制癌細(xì)胞生長(zhǎng)。 “苦味在醫(yī)藥上的應(yīng)用，充分應(yīng)證了‘良藥苦口’的說法?！鄙休W表示，隨著葫蘆素合成和調(diào)控機(jī)制的破解，利用“苦味”開發(fā)合成治癌藥物已成為可能。由于甜瓜瓜蒂有限，要進(jìn)一步挖掘葫蘆素的藥物潛力，則需要借助生物合成的方法進(jìn)行生產(chǎn)，這也是團(tuán)隊(duì)未來努力的一個(gè)方向。 “研究還具有另外一個(gè)重要意義。我們首次利用比較基因組學(xué)闡明了不同苦味物質(zhì)間結(jié)構(gòu)細(xì)微差異產(chǎn)生的原因，實(shí)現(xiàn)了對(duì)苦味基因的精準(zhǔn)調(diào)控，為做品質(zhì)研究的同行提供例子和方法，也為系統(tǒng)解析結(jié)構(gòu)異常豐富的植物次生代謝產(chǎn)物多樣性提供了重要借鑒。”尚軼希望，在蔬菜的基礎(chǔ)研究中未來能有更多新的方法出現(xiàn)，能有更多味道的基因被發(fā)掘利用，讓蔬菜瓜果的味道變得更加好吃。
