中国农业科学院农业基因组研究所所长*三文
作者
林涛
图片来源
华巨臣茶博会
年12月10日早，在深圳坪山举行的“第九届茶学青年科学家”论坛上，中国农业科学院农业基因组研究所所长*三文以“蔬菜育种的组学之路”为主题发表了演讲。
他谈到:“我们也在思考，什么是农业的未来？我们觉得是以可持续的方式供给个性化食品。每个人基因都不一样。每个人对茶的喜好不一样。广东人很少喜欢喝绿茶，他们喜欢喝英红九号。福建人喜欢喝的又不一样。江浙人喜欢喝绿茶，北京人喜欢茉莉花。回到我们农民，常问的问题是今年种什么？种完卖给谁？消费端的问题是吃什么最好？在哪里买到？实际上，我们农业生产到消费之间是有巨大的鸿沟。”
“我们还有两个重要的科学问题。一个在食物里面，食物的营养风味是由哪些物质和基因决定的？番茄里面得到了一些初步的解答，在水稻里面也有一部分解答。茶叶里面有一些物质的解答，但是呢基因，可能还不知道。另外一个科学问题，在我们人这端，人和肠道微生物的基因怎么决定对食物的喜好和消化吸收？为了解决这个，未来把这两个端链接起来，必须要有五个大数据。一个是食物的基因组跟代谢组，在消费端呢，则是个人基因组，肠道宏基因组和血液代谢组。我们血液里面能够分析出种物质。代谢疾病可以通过血液分析得到，当然还需要努力。”
演讲延伸要点如下：
1.愿景：深圳食品谷成为未来农业和食品科学的创新中心
2.秘诀：组学大数据推动个性化食品建构
3.瓶颈：茶树的基因调控研究不足，科研经费限制，再生体系的构建困难
以下是演讲实录：
蔬菜行业对于乡村振兴非常重要，种植面积达到3.5亿亩，产值2万亿元，出口亿美元，就业人员1亿，全国农民人均纯收入元一年（农业部年数据）。但是蔬菜的遗传基础很多薄弱，为了改变这一点，过去十多年，中国农科院和国外的专家一起，完成了主要蔬菜的基因组测序。我们*瓜是年完成的，蔬菜里的第一个。
*瓜的苦味有开关
我们完成了份*瓜，份番茄，份白茶/甘蓝（王晓武），份甜瓜，份西瓜，发现了数以百万记，千万记的SNP（单核苷酸多态性，造成物种之间染色体基因组的多样）。
有了这个数据我们怎么样用于蔬菜育种呢？我相信大家也正在产生大量的茶叶数据。下面我给大家举几个例子，分别是*瓜，番茄跟马铃薯。
*瓜，我们在想育种的时候如何兼顾抗性与品质？一般大家都会认为，好吃的不抗病，抗病的不好吃，是吧？尚轶和张忠华是我的合作伙伴。张忠华最近去青岛农大当院长去了，尚轶去云南师范大学当院长去了。在这方面，我们研究的是*瓜的苦味物质。葫芦素C这是一个三萜类的次生代谢产物，在果实里面积累，影响品质和生产效益。在叶片里面积累可以提高抗虫性。这是一个典型的品质与抗性的矛盾。
通过基因组分析，我们发现了葫芦素合成的基因簇，这个簇包括9个基因（1个氧化角鲨烯环化酶+7个P+1个乙酰基转移酶）。是一个协同表达的模式。通过酵母工程菌，我们进一步解析了四步代谢通路。分子生物学，离不开突变体，茶树可能产生突变体比较困难。事实上，我们很多茶叶的新品种也是芽变（像*化的品种），芽变也相当于突变体。
为了研究*瓜的苦味物质，我们种了20亩地，株*瓜，次品尝，我们才找了2个突变体。当然也是在我长期的合作伙伴的配合和支持下。最后我们发现了两2开关基因。
上面的9个酶基因，相当于是一个生产线上的9个机械臂一起来组装一个葫芦素C。这里面2个开关基因，1个是叶片的，他能直接结合在9个基因的启动子上面，激活这9个基因的表达。把不苦的叶片变成苦的，达到抗虫的效果。另外果实里面，还有这样1个开关基因。把不苦的*瓜果实变成苦的。这是我们首次揭示了植物次生代谢基因簇精确调控的分子机制。也说明*瓜的苦味受到了双层调控。最终我们揭示了*瓜苦味形成的双重调控。
那我们现在知道了，要把叶片的开关打开，要把果实的开关关闭。这样既抗虫也不影响品质。所以这个问题就解决了。整个科研成果就包括*瓜的基因组，变异组，苦味机理，包括后期的品种开发。
上帝的手真的存在，科技让消费者创造了可口的番茄？
我们怎么才能吃到小时的番茄？风味是怎么形成的？印象中小时候的番茄很好吃，现在越来越没味。我们问了几个问题。
问题1：育种如何改变番茄的基因组？
这是番茄育种的基因组简史，它从很小的野生番茄（1~2克），驯化成中型的（扩大10倍），再改良后变成大番茄（扩大10倍）。这个过程中番茄变大了倍。然后它又分化成不同的形状。然后为了提高抗病性，还导入了10%的抗病基因。这些过程都特别有用。
问题2：育种如何改变番茄的代谢产物？
我们大概做了植物学里面第一个多组学分析。我们做了多个基因组+转录组+代谢组，把这个三个数据综合起来。一共发现了个代谢产物的含量跟SNP的基因表达有关系。我们发现了20%代谢产物与果实变大有关系。其中一个果实重量基因跟55种代谢产物有关系，但是它不控制代谢。而是它旁边的基因（搭车基因）控制代谢。
问题3：怎么才能培育美味的番茄？
这个我们和美国科学院院士HerryKlee教授（番茄育种专家）很认同的一点就是：让消费者参与育种。这个风味，每个人的体验不太一样，怎么去寻找风味？就像品茶每个人不一样。怎么让消费者参与到育种这个环节来？
首先我们，需要明确风味物质的组成是什么？我们测了份番茄的68种可能风味物质。请了位专家给78份番茄打分。这个工作跟茶叶一样，茶叶里应该做过。有一点不同的是，茶叶里需要找对茶味敏感的，能够区别其中差异的人。然后，把前面两者数据结合起来，建立风味统计模型。然后通过突变体来验证模型。
发现了挥发性物质是风味的主要成分。这个过程是通过2个器官感觉的综合，一个是口腔里味觉受体，一个是鼻腔里面有多个受体。甜的风味不单是糖，挥发性物质也能类似的感受。我们一共发现了33种挥发性物质（2种糖，2种酸，29种小分子挥发性物质）。我们发现在番茄果实变大的过程中，含糖量整体是降低的。也克隆了其中两个主要位点控制了含糖量的基因。
然后发现3—甲基丁醇能够增加果实的甜感。这个物质特别重要，当然还不光是这个物质增加果实的甜感。意味着什么呢？意味着我们可以把番茄变得很甜，却不含太多糖。同样的可以用在西瓜、甜瓜里。像糖尿病，我们中国现在有1个多亿的糖尿病人。多吃一块西瓜跟甜瓜，跟以增加一下维生素，纤维素，矿物质。这些对人体有益。关于酸方面，苹果酸希望少一点，柠檬酸希望多一点，我们找到了可以控制的基因。
第三个呢，是番茄还有一种特殊的番茄味道。香气物质的这个基因我们已经找到了。所以最后我们形成了这样一个菜单，什么物质应该增加，什么物质应该降低，用哪个基因调控？用这个菜单来调控美味番茄的形成。除了糖之外，我们还