解码番茄“芯” 为国育好“种”

　　“是什么控制着器官再生？”这是2005年《科学》杂志在创刊125周年之际提出的125个人类未知的重大科学问题中最重要的25个科学问题之一。今年5月22日，国际顶尖学术期刊《细胞》在线发表山东农业大学李传友教授团队在植物再生领域研究取得的重大突破为以上问题作了一个注脚——该团队以番茄为模式植物，成功发现细胞受伤而产生的再生因子REF1，是引发组织修复和器官再生的原初受伤信号分子。

　　这一发现在植物转基因、基因编辑领域有巨大应用价值，为生物育种中解决作物遗传转化效率低、基因型依赖严重等瓶颈问题，提供了便捷普适的方案和思路，更为种源可控和国家粮食安全注入了新的动力。

　　长期从事植物防御与生长发育的调控机理研究、番茄重要农艺性状遗传解析与种质创新研究的李传友，目前是山东农业大学生命科学学院院长、国家重大科学研究计划项目首席科学家。

　　在国际上，李传友带领团队率先解析了防御激素茉莉酸信号激活、放大和终止的转录调控机制，为理解植物对病虫害的防御反应提供了重要理论支撑。同时，他们还成功分离出多个具备极其重大育种利用价值的番茄优质抗病关键基因，为培育绿色安全、营养健康、美味可口的番茄新品种提供了有力支持。

　　这些成就的取得，和他一贯坚持的前沿研究密不可分。1994年，李传友从山东农业大学硕士毕业后留校，参与农学院遗传育种实验室的筹建工作。1996年，他考入中国科学院遗传研究所攻读博士。1999年，博士毕业后，怀揣着对“植物对病虫的防御反应”研究领域的巨大兴趣，李传友选择到美国密歇根州立大学继续深造。

　　做博士后期间，李传友的主攻方向是以番茄为模式，研究植物防御咀嚼式昆虫的信号转导途径。长期以来，学术界认为植物防御昆虫和机械伤害的长距离运输的信号是一种被称为“系统素”的多肽。当时，他的“老师的老师”克拉伦斯·瑞恩的这一观点，作为学术界的权威已经被写入美国的教科书。

　　李传友并未受主流观念影响，还是坚持按自己的思路探索实验，以番茄为模式系统，以蛋白酶抑制剂为抗性标记基因，鉴定了一系列番茄抗性缺失突变体，并克隆番茄抗性基因。在此基础上，他以茉莉酸合成突变体和茉莉酸识别突变体为材料，利用嫁接实验证明，在植物系统性抗性反应中进行长距离运输的信号分子是茉莉酸，而不是传统认为的系统素。

　　2002年，考虑到各方可能承受的压力，李传友最终把成果拆成了两篇文章，分别发表在《美国科学院院报》和生命科学领域著名学术刊物《植物细胞》上。

　　此后不久，克拉伦斯·瑞恩教授就在《美国科学院院报》上发表评论说“这是一个新的发现”。一些生物科学顶级杂志和网站也有大量评论支持这一观点。李传友的研究成果，在2002年被《科学》杂志评为“年度重要突破”。

　　2003年，李传友回国后创立了“茉莉家园”实验室，致力于全面探究茉莉酸的信号转导过程，从而阐明植物系统性防御机制的构建原理。经过多年的不懈努力，他的团队成功培育出一系列在系统素信号通路上存在变异的番茄突变体，其中就包括在防御和再生能力上均表现出缺陷的spr9突变体。同时，他还致力于用分子设计手段，培育绿色安全、营养健康、美味可口的番茄新品种。

　　在深入探索植物基因奥秘的过程中，李传友团队意外地发现了一个名为SPR9的基因。这个基因的独特之处在于，它编码了一种小肽的前体蛋白。这一发现引起了小组成员的极大兴趣，他们决定进一步探究这种小肽对植物生长和发育的影响。

　　通过一系列精心设计的实验，科研人员发现，当外源施加这种小肽时，番茄的再生能力得到了显著提升。更令人惊奇的是，随着小肽浓度的增加，番茄植株所表现出的再生能力也呈现出越来越强的趋势。这一发现为植物再生领域的研究提供了新的思路和方向。

　　为了更好地描述这一神奇的小肽，李传友团队将其命名为再生因子REF1。REF1不仅仅具备强大的促进植物再生的能力，而且其调控机制也相当复杂而精细。

　　在后续的研究中，小组成员深入剖析了REF1调控植物再生的过程。他们发现，REF1首先通过识别受体蛋白，启动了一系列复杂的信号传导过程。接着，这些信号进一步激活了细胞重编程调控因子，使得细胞能够重新获得再生能力。此外，REF1还能够进一步放大自身的信号，形成一个正反馈循环，从而持续推动植物再生的过程。

　　这些研究结果不仅充分证实了REF1在植物再生过程中的及其重要的作用，也为未来利用这一因子提高农作物产量和抗逆性提供了重要的理论依照和实践指导。

　　经过不懈努力，李传友团队的这一发现为植物科学领域的研究注入了新的活力和希望。

　　此后，中国科学院、中国农科院以及山东农业大学的十几个专家团队，在李传友提供的再生因子REF1的辅助下，对小麦、玉米、大豆、土豆、向日葵及果树等多种植物进行了再生培养实验。实验根据结果得出，这些植物再生均取得了显著的效果。尤其值得一提的是，对于传统上被认为难以转化的作物如大豆、小麦和玉米，在施用REF1后，其转化能力竟提升了6至9倍，遗传转化效率也实现了4至5倍的增长。

　　番茄这种看似平凡的蔬菜，实则蕴含着无数鲜为人知的秘密。一颗微不足道的番茄种子，若想成长为饱满成熟的果实，其间必须历经多少种侵扰与考验？特别是在它遭遇病虫害侵袭时，所展现出的卓越防御智慧，足以令人叹为观止。

　　对此，李传友颇有洞见。“当面对病虫害的威胁时，番茄并非坐以待毙，而是能够巧妙地运用自身独特的防御机制，抵御外来侵害。”他和记者说，“这种在逆境中展现出的卓越智慧，不仅确保了番茄的生存与繁衍，更为科学家们提供了研究植物防御机制的重要线索。”

　　在李传友看来，番茄经过长期的进化过程没有灭绝，从这个意义上讲，它一定有很强大的防御危险和传宗接代的能力。

　　那么，番茄为什么能成为植物学研究，特别是果实发育及植物免疫研究的经典模式系统呢？“番茄看似微小，但相较于其他水果与蔬菜，番茄的基因组结构相对简洁，使其在经典遗传学研究中拥有坚实的基础。”李传友说。

　　2003年，全球科学家共同开展了番茄基因组的测序项目，对番茄12条染色体进行测序。作为执行委员会委员和中方联络人，李传友参与组织实施“国际茄科基因组计划”，承担3号染色体测序及功能基因组学研究。

　　历经多年探索，李传友研究组和国际同行一起完成了对栽培番茄及其近缘野生种醋栗番茄全基因组的精细序列分析，完整解读出番茄基因组，破解了番茄“基因字典”。团队参与的番茄基因组解码工作，也为培育具有我国自主知识产权的高产、优质、抗病虫害、抗逆等优良性状的番茄新品种奠定了基因基础，对推动世界的番茄科研和生产具备极其重大意义。

　　“目前，团队成功积累了约1012份种质资源，其中既包含了大果类番茄和樱桃类番茄，也涵盖了野生番茄的多样品种，还获取了超过3000份的EMS和快中子诱变突变体材料，为育种工作奠定了坚实的基础。”李传友小组成员邓磊介绍。

　　此外，他们精心筛选优良的杂交种，围绕高抗、高产和优质三大核心要素，成功构建了番茄超级群体；通过系谱选育，培育出了一系列优质的自交系，为打造具有突破性的番茄大品种奠定了坚实的种质基础。

　　随着生活品质的逐步的提升，人们对蔬菜水果的需求也日益旺盛。番茄更是在国人的饮食观念中扮演着蔬菜和水果的双重角色，深受人们青睐。此外，番茄也是全球产量最大的蔬菜作物，我国是世界第一大番茄生产国，产值约1600亿元，产量超过世界总产量的1/3，在国民经济中具备极其重大地位。

　　李传友向记者细致地算了一笔账：倘若一位农户拥有一个标准化的蔬菜大棚，其面积大约为1.5亩，专门用于栽培高的附加价值的番茄作物。在精心管理的前提下，这个大棚一年之内可以顺利收获两季作物。因此，农户通过这一大棚所获取的年收入预计可达10万至20万元。

　　在番茄产业高质量发展中，番茄种业处于核心驱动地位。手握番茄基因的密码本，李传友团队在番茄研究领域持续深耕，他们运用先进的基因编辑技术，不断揭示番茄生长机制的奥秘，加快培育新品种，力求在改善番茄口感、增强其抗病性等生产问题上取得新突破。

　　“我们持续追求引领番茄育种实现从传统的‘经验育种’模式，向现代化、精准化的‘精准育种’模式跨越式发展，培育出具有浓郁‘番茄味’的番茄。”李传友说。确保“菜篮子”稳定，不依赖“洋种子”，这位在番茄育种领域深耕多年的科学家，始终怀着对农业科学技术的热爱与执着，致力于培育具有中国自主知识产权的优质番茄品种。

　　如今，他带领的番茄育种团队，已经成功育成了泰番玲珑珠、泰番玫瑰黄、泰番绿贵人等20多个“泰番”系列新品种，这些品种不仅产量高、抗病性强，而且在口感上达到了前所未有的“番茄味”浓郁度，赢得了市场的广泛认可。

　　“我们的科学研究不能仅停留在实验室里，更要走出实验室，走到田间地头，将科技的力量注入农业生产中，助力国家重大战略的实施，推动乡村全面振兴。”李传友说。（本报记者 魏海政 通讯员 王静）