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　　資料圖

　　本報記者吳佩

　　追求美味是人類的天性。在長期的飲食判斷中，挑剔的味蕾可能會告訴你：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�蘆科蔬果，卻與生俱來攜帶著“苦味”基因。一旦遭遇生存逆境，它們的果實就有可能會變得苦澀難吃。

　　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。這項題為“葫蘆科作物苦味性狀的趨同馴化與差異進化”的研究，以長篇幅研究論文形式發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然·植物》上，引起廣泛關(guān)注。

　　研究苦味具有實用價值

　　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。長期從事蔬菜基因組研究的黃三文說道：“苦味在果實中的存在，不僅會影響蔬果的品質(zhì)，也會影響農(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，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。

　　盡管對于消費者和生產(chǎn)者來說，苦味會影響蔬果的品質(zhì)，但對于植物本身來說，苦味卻并不是壞東西�！翱辔妒侵参锓烙�病害、保護自己的一種‘天然武器’。”黃三文告訴記者，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，讓它們在可食用部位不苦，在其他部位苦，從而既能保證果實品質(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�！�

　　“要實現(xiàn)這一目標(biāo)必須在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域有所突破�！秉S三文強調(diào)說，與大田作物和模式物種相比，蔬菜作物的基礎(chǔ)研究又相對比較薄弱，因此加強對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)團隊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。實驗證明，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，團隊從黃瓜的2.4萬個基因中找到了控制黃瓜苦味合成和調(diào)控過程中的11個關(guān)鍵基因，由此成功闡明黃瓜苦味物質(zhì)生物合成、調(diào)控及馴化的分子機制。

　　在揭秘黃瓜苦味基因之后，科研團隊并不滿足，尚軼小組開始研究另一個重要問題：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、甜瓜中也實現(xiàn)可操控的無苦味品種培育方案，徹底解決苦味對葫蘆科植物商品品質(zhì)的影響？

　　經(jīng)過兩年時間的努力，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個基因負責(zé)苦味物質(zhì)葫蘆素的合成，另兩個‘主開關(guān)基因’B1和Bt控制其他9個苦味合成基因的表達與否。其中，B1負責(zé)控制葉片苦味，Bt控制果實苦味。在當(dāng)時的研究中，我們已經(jīng)把苦味合成通路與調(diào)控通路都解析了。現(xiàn)在，在西甜瓜的研究中，這種精準(zhǔn)調(diào)控繼續(xù)得到實現(xiàn)�！鄙休W興奮地對記者說，“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性，能夠培育葉片苦而果實不苦的優(yōu)良品種，在提升蔬果品質(zhì)的同時又兼顧了抗蟲性�！�

　　“苦味”在育種和藥用上大有可為

　　“苦味”的研究會對生產(chǎn)生活帶來什么改變？2014年，在科研團隊成功打開黃瓜苦味基因密碼后，與黃三文長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)西甜瓜的根和果實中苦味合成，一方面確保西瓜、甜瓜果實中不積累苦味，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)知識改良蔬菜瓜果品質(zhì)又一成功實踐，隨著育種方面研究的推進，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，他們在研究中發(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，后兩者都具有很強的藥用價值。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胞生長。

　　“苦味在醫(yī)藥上的應(yīng)用，充分應(yīng)證了‘良藥苦口’的說法。”尚軼表示，隨著葫蘆素合成和調(diào)控機制的破解，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行生產(chǎn)，這也是團隊未來努力的一個方向。

　　“研究還具有另外一個重要意義。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)細微差異產(chǎn)生的原因，實現(xiàn)了對苦味基因的精準(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�！鄙休W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。