本報(bào)記者 曹茸 吳佩
每年入夏，在北京的大街小巷，人們總能看到水果攤上打出的“龐各莊西瓜”字樣的牌子。來自京郊大興龐各莊鎮(zhèn)的西瓜以其脆甜爽口備受北京市民的青睞。龐各莊的西瓜為什么那么甜？如何才能選育出更甜的西瓜品種？如今，這些疑問都已找到答案。
日前，由國(guó)家西甜瓜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系首席科學(xué)家、北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心主任許勇率領(lǐng)的課題組，繪制完成了世界上第一張西瓜全基因組序列圖譜，成功破譯了西瓜遺傳“密碼”，推動(dòng)了我國(guó)西瓜基礎(chǔ)科研水平邁進(jìn)國(guó)際領(lǐng)先行列。這項(xiàng)成果已被收錄在最新一期的《自然·遺傳學(xué)》雜志上。
首張西瓜基因組序列圖譜的完成，只是許勇率領(lǐng)的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的科研成果之一。多年來，在許勇的帶領(lǐng)下，北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心的科研工作者，不僅能在國(guó)際頂尖刊物上發(fā)表學(xué)術(shù)論文，更是將論文寫在大地上、成果留在農(nóng)民家，他們?cè)谝I(lǐng)學(xué)科方向，支撐產(chǎn)業(yè)發(fā)展上積累了許多成功經(jīng)驗(yàn)。
掌握了基因組序列圖譜，就好比有了礦產(chǎn)分布圖
作為世界五大水果之一，西瓜一直是全球重要的經(jīng)濟(jì)作物和夏季消暑水果。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織統(tǒng)計(jì)，我國(guó)西瓜年產(chǎn)量占世界的67%，也是全球西瓜人均消費(fèi)量最大的國(guó)家。西瓜在調(diào)整我國(guó)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、增加農(nóng)民收入以及提高人民生活水平等方面發(fā)揮著重要作用。
“西瓜原產(chǎn)非洲，作為一種野生物種，并無甜味。現(xiàn)在人們食用的西瓜都是經(jīng)過馴化栽培的，已經(jīng)變得脆甜。我們研究要解決的一個(gè)主要問題，就是找到西瓜變甜的奧秘。”許勇和他的團(tuán)隊(duì)意識(shí)到，要想選育出好的西瓜品種，事半功倍的辦法是找到這一物種的遺傳密碼，要在西瓜功能基因組學(xué)研究上下足功夫。
為此，2008年，由北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心牽頭組織發(fā)起的國(guó)際西瓜基因組計(jì)劃正式啟動(dòng)，科研工作者通過采用“全基因組鳥槍法”測(cè)序策略，進(jìn)行雙末端測(cè)序，得到了總量約為46G的基因序列數(shù)據(jù)，由此獲得了高質(zhì)量的西瓜基因組序列。
“長(zhǎng)期以來，栽培西瓜遺傳多樣性狹窄一直是制約西瓜品種改良的主要因素。誰能破譯西瓜的遺傳‘密碼’，誰就能掌握西瓜產(chǎn)業(yè)在國(guó)際上的主動(dòng)權(quán)。”課題組成員、西瓜基因組文章的第一作者，北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心助理研究員郭紹貴介紹說，通過4年多的努力，他們確定了西瓜果實(shí)糖積累的代謝途徑模型以及關(guān)鍵基因，進(jìn)而形成了現(xiàn)代栽培西瓜獨(dú)有的含糖量高、早熟等生物學(xué)特征，由此初步探明了西瓜光合產(chǎn)物是如何運(yùn)輸、代謝并在西瓜果實(shí)中積累變甜的分子過程。
“掌握了基因組序列圖譜，就好比有了礦產(chǎn)分布圖，今后只要按圖索驥就可以‘開礦’了。原來我們育種要靠大量的田間試驗(yàn)觀察，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，很多時(shí)候是靠運(yùn)氣，現(xiàn)在通過基因組序列圖譜，能夠更加容易獲得抗病、甜味等性狀。”許勇說道。
品種選育推陳出新，育種家堪比“調(diào)酒師”
上世紀(jì)80年代，由北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜中心與日本西瓜專家合作選育的“京欣1號(hào)”，以其優(yōu)良的綜合性狀風(fēng)靡全國(guó)，成為我國(guó)西瓜早熟育種里程碑的品種。“當(dāng)時(shí)北京12萬畝的西瓜種植面積中，幾乎都是我們的‘京欣1號(hào)’！”每每回憶起當(dāng)時(shí)的情景，課題組成員、長(zhǎng)期從事瓜類遺傳與育種研究的研究員張海英感慨萬千。
然而，由于品種混雜、退化嚴(yán)重，以及受枯萎病等病害的影響，原有的“京欣1號(hào)”逐漸不能滿足市場(chǎng)的需要。同時(shí)，由于西瓜種傳病害特別是細(xì)菌性果斑病的發(fā)生，我國(guó)的西瓜制種業(yè)每年損失嚴(yán)重。西瓜產(chǎn)業(yè)要持續(xù)發(fā)展，急需進(jìn)行品種的更新?lián)Q代。
為了解決這些問題，提高西瓜的品種質(zhì)量，自1993年起，許勇率領(lǐng)課題組成員重點(diǎn)致力于保護(hù)地早熟西瓜品種選育，同時(shí)也開展其他類型的西瓜品種以及優(yōu)良西瓜砧木品種的選育工作，不斷推陳出新，為我國(guó)的西瓜產(chǎn)業(yè)選育一大批優(yōu)良品種。
截至目前，他們先后選育了“京欣2-4號(hào)”系列等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的優(yōu)良早熟西瓜品種，同時(shí)建立了西瓜品種健康生產(chǎn)技術(shù)體系，為從源頭改變我國(guó)西瓜品質(zhì)持續(xù)下降的局面提供了技術(shù)支撐。
如今，“京欣2號(hào)”已取代“京欣1號(hào)”成為了我國(guó)保護(hù)地西瓜主產(chǎn)區(qū)的第一大品種，同類型市場(chǎng)占有率超過50%，2012年更是被農(nóng)業(yè)部確定為唯一一個(gè)西瓜主導(dǎo)品種。而其他“京欣”系列品種也廣受歡迎，成為全國(guó)保護(hù)地西瓜生產(chǎn)的當(dāng)家主栽品種。
“好的育種家其實(shí)就是一名‘調(diào)酒師’，他要考慮生產(chǎn)者、消費(fèi)者、經(jīng)營(yíng)者等多方利益，保證選育的品種最符合市場(chǎng)的需求，獲得最大的利潤(rùn)。”談到多年來的西瓜育種工作，許勇這樣比喻道，“如今，人們甚至對(duì)西瓜的形狀、顏色和口味也都提出了不同的要求。而西瓜基因組測(cè)序的完成，為我們打開了西瓜生長(zhǎng)發(fā)育的‘黑匣子’，為下一步進(jìn)行西瓜分子標(biāo)記育種奠定了基礎(chǔ)，就像‘調(diào)酒師’有了好的配方一樣。今后，我們的品種選育工作一定會(huì)更有效，選育的品種會(huì)更加滿足多樣化的需求。”
科技創(chuàng)新緊跟產(chǎn)業(yè)需求，品種好壞要讓市場(chǎng)和農(nóng)民來說話
52歲的賈鳳朝是北京市大興區(qū)龐各莊鎮(zhèn)南李渠村的西瓜種植戶，他和妻子種了30年的西瓜，今年，他的10個(gè)瓜棚又大獲豐收。見到記者時(shí)，他高興地說：“我們大興龐各莊的西瓜，幾乎用的都是‘京欣’系列品種，瓜甜瓢紅，形狀周正，根本就不愁賣。今年，一個(gè)大棚，種一季西瓜的純收入能達(dá)到了6000~7000元，我下半年再種點(diǎn)蔬菜，還有一筆收入，這日子真是越過越甜。”在全國(guó)的其他西瓜主產(chǎn)區(qū)，像賈鳳朝這樣，依靠種植“京欣”系列品種的西瓜致富的農(nóng)民還有很多。許勇和團(tuán)隊(duì)成員緊跟產(chǎn)業(yè)需求選育的西瓜品種不僅讓農(nóng)民增收，也帶動(dòng)了一大批種子經(jīng)銷商致富。
“對(duì)于育種家來說，最好的創(chuàng)新成果就是品種，而考量品種好壞的標(biāo)準(zhǔn)，不僅僅是上級(jí)部門的審定，更多要讓市場(chǎng)和農(nóng)民來說話。”面對(duì)長(zhǎng)期以來農(nóng)業(yè)科研單位存在的科研與生產(chǎn)“兩張皮”的問題，許勇認(rèn)為，科研單位除了搞好育種，還要推動(dòng)科技成果轉(zhuǎn)化，服務(wù)西瓜生產(chǎn)發(fā)展。為此，全國(guó)的西瓜主產(chǎn)區(qū)是許勇每年的必去之地，正是通過深入一線，許勇了解了市場(chǎng)和農(nóng)民的所需所求。
長(zhǎng)期以來，許勇和他的團(tuán)隊(duì)建立了一套推廣服務(wù)體系，先后啟動(dòng)了“百村品種更新示范工程”和“十百千萬良種推廣工程”，建立起科技人員直接到戶、良種良法直接到田、技術(shù)要領(lǐng)直接到人的科技成果快速轉(zhuǎn)化新形勢(shì)，促進(jìn)了西瓜產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。
據(jù)了解，近10年來，許勇和他的創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)共推廣西瓜及砧木新品種829萬畝，畝增效466.2~2970元，總效益60億元，累計(jì)為下屬種業(yè)企業(yè)創(chuàng)收1.08億元，成為了民族蔬菜種業(yè)阻擊跨國(guó)公司沖擊的中堅(jiān)力量。同時(shí)，良種產(chǎn)業(yè)化規(guī)模連續(xù)多年在全國(guó)同行中居首位，成為我國(guó)優(yōu)良西瓜品種的主要源頭之一。
“科研只有瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)需求，才能保持持續(xù)不斷的創(chuàng)新能力。西瓜基因測(cè)序的完成，相當(dāng)于給了我們一把了解這一學(xué)科的‘金鑰匙’，讓我們看到了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新曙光。這對(duì)于今后西瓜品種改良和提升我國(guó)在世界西瓜產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，都將具有深遠(yuǎn)的意義。”許勇和他的團(tuán)隊(duì)信心滿滿。
