這位在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行精準(zhǔn)分子育種的科學(xué)家，繪制了世界上第一張榨菜全基因圖譜

記者 翁丹妮 攝影 金靜馨

本期發(fā)布成果：

十字花科蔬菜基因組信息解析與重要性狀遺傳基礎(chǔ)

本期發(fā)布人：

浙江大學(xué)求是特聘教授 張明方

成果獎(jiǎng)級(jí)：

浙江省自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)

我國(guó)是世界蔬菜第一大生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)。從“春在溪頭薺菜花”，到“牛衣古柳賣黃瓜”，我們和蔬菜的淵源穿越時(shí)間的變遷，在中國(guó)人的餐桌上不斷演變。

從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)選擇育種，到現(xiàn)在我們熟悉的雜交優(yōu)勢(shì)育種，如今，我國(guó)的蔬菜育種正處于向分子育種的3.0時(shí)代跨越的階段，將來(lái)也將朝著智能設(shè)計(jì)育種的4.0時(shí)代繼續(xù)邁進(jìn)。

有人說(shuō)，一粒種子可以改變世界，而決定種子優(yōu)劣的基因至關(guān)重要?？梢赃@樣說(shuō)，種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，基因是種業(yè)的“芯片”。而浙江大學(xué)求是特聘教授張明方，就是這樣一位運(yùn)用基因組信息“改變”種子的高手。

張明方教授從事蔬菜遺傳育種已有30年，他和團(tuán)隊(duì)在十字花科和葫蘆科重要蔬菜作物基因組信息解析、功能基因挖掘、優(yōu)異種質(zhì)創(chuàng)制等領(lǐng)域獲得了系列原創(chuàng)性成果，有力助推了我國(guó)蔬菜分子設(shè)計(jì)育種進(jìn)程。

在浙江省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，張明方教授團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)成果——“十字花科蔬菜基因組信息解析與重要性狀遺傳基礎(chǔ)”，獲得了浙江省首個(gè)蔬菜園藝領(lǐng)域的自然科學(xué)一等獎(jiǎng)。

他繪制了世界上第一張榨菜全基因圖譜

豐富和深化了對(duì)榨菜的“家譜”的認(rèn)識(shí)

“基因編輯”這個(gè)詞以前更多出現(xiàn)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，張明方教授告訴我們，基因編輯可以說(shuō)是農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的5G技術(shù)，但目前我國(guó)的基因編輯等新技術(shù)應(yīng)用不夠，在蔬菜上，還只是在少數(shù)作物中開(kāi)展研究。

張明方教授團(tuán)隊(duì)主要圍繞我省（國(guó)）兩大經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高蔬菜作物：十字花科芥菜類和葫蘆科瓜類等蔬菜，開(kāi)展了相關(guān)種質(zhì)創(chuàng)新與分子設(shè)計(jì)育種研究工作。

說(shuō)到芥菜大家可能不太熟悉，但提起榨菜那可就太熟了。其實(shí)，芥菜腌制“變身”之后，就成了各種我們熟悉的腌菜，比如江浙一帶的榨菜、梅干菜、貴州老干媽香辣菜等。而葫蘆科瓜類蔬菜也是我們的“老朋友”，像西瓜、甜瓜、南瓜等，都是葫蘆科瓜類。

張明方教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次解析了異源四倍體榨菜高質(zhì)量基因組，為芥菜（榨菜）作物功能基因組研究奠定了基因組基礎(chǔ)。

如何培育更具風(fēng)味的榨菜？張明方告訴大家，芥菜獨(dú)特風(fēng)味的秘密是芥菜富含硫代葡萄糖苷，硫苷不同組份決定了不同風(fēng)味品質(zhì)的形成。于是，張明方團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)評(píng)價(jià)了芥菜群體中硫苷組分和含量，采用一種新型全基因組關(guān)聯(lián)分析方法，找到了控制硫苷的遺傳位點(diǎn)。

除了榨菜，很多人夏天最愛(ài)的西瓜，也有張明方團(tuán)隊(duì)的貢獻(xiàn)。我們都知道，果農(nóng)最怕西瓜開(kāi)裂，如何選育品質(zhì)好、又不容易裂瓜的西瓜？這是個(gè)難題。因?yàn)榱压闲誀钍且粋€(gè)典型的復(fù)雜性狀，可不像我們想的簡(jiǎn)單用手掌壓一壓就可以判斷，需要精準(zhǔn)的數(shù)字化指標(biāo)來(lái)量化，才能準(zhǔn)確地找到控制裂瓜的基因。

張明方團(tuán)隊(duì)通過(guò)構(gòu)建耐裂和易裂西瓜的遺傳分離群體，找到了控制西瓜果皮硬度的基因位于第10號(hào)染色體。張明方用“血型”打了個(gè)比方，如果耐裂的西瓜是“A型”，那么不耐裂的就是“B型”，兼而有之的則是“AB型”?，F(xiàn)在，我們測(cè)測(cè)“血型”就能育出脆甜不易裂瓜的西瓜品種。

【科學(xué)詞條】

基因編輯×蔬菜育種

“以前我們說(shuō)育種是發(fā)現(xiàn)變異、利用變異，那么基因編輯就是定向創(chuàng)造變異、利用變異。利用基因編輯可以精準(zhǔn)、快速地進(jìn)行突變，而且不受種質(zhì)資源的限制。雖然現(xiàn)在我們國(guó)家就基因編輯還沒(méi)立法，但是這個(gè)育種技術(shù)會(huì)是未來(lái)的趨勢(shì)之一，我們要做好前期的技術(shù)儲(chǔ)備工作?！?/p>

育性“開(kāi)關(guān)”基因

“我們創(chuàng)制了芥菜中首個(gè)細(xì)胞質(zhì)雄性不育系，突破了芥菜雜種優(yōu)勢(shì)的技術(shù)瓶頸。在此基礎(chǔ)上，我們創(chuàng)制了十字花科作物首個(gè)育性回復(fù)突變系，成功實(shí)現(xiàn)了十字花科蔬菜育性的人工轉(zhuǎn)換。也就是說(shuō)，我們有技術(shù)可以讓不育變?yōu)榭捎?，這樣我們的種質(zhì)資源就不會(huì)受制于國(guó)外的不育材料，打破國(guó)外技術(shù)的壟斷?！?/p>

分子設(shè)計(jì)育種

“近幾年以植物（作物）基因組為代表的組學(xué)技術(shù)興起，大大促進(jìn)了分子育種到精準(zhǔn)育種的發(fā)展。比如我們實(shí)驗(yàn)室，就是構(gòu)建基于基因組學(xué)的高通量蔬菜精準(zhǔn)育種技術(shù)體系，從基因組信息解析，到育種可利用基因挖掘，最后實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高抗和廣適應(yīng)性新品種的選育?！?/p>

智能設(shè)計(jì)育種

將依托多層面生物技術(shù)與信息技術(shù)推動(dòng)分子設(shè)計(jì)育種向著智能化的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)作物育種從“科學(xué)”到“智能”的顛覆性轉(zhuǎn)變。