基因组所科学家多组学研究揭示番茄品质的化学基础 ——为培育美味品种提供新工具

 中国农业科学院农业基因组研究所黄三文研究团队在番茄风味品质研究中取得重大突破。1月12日，黄三文团队在Cell杂志2018年第1期发表了题为“Rewiring of the Fruit Metabolome in Tomato Breeding”（育种重新编写番茄果实代谢组）的研究论文，这是中国科学家今年第一篇在Cell杂志上发表的文章，也是中国农业科学院第一篇在Cell杂志上发表的文章。

 该研究利用多重组学的大数据，揭示了在驯化和育种过程中番茄果实的营养和风味物质发生的变化，并发现了调控这些物质的重要遗传位点，为植物代谢物的分子机理研究提供了源头大数据和方法创新。同时，该研究结果为番茄果实风味和营养物质的遗传调控和全基因组设计育种提供了路线图。Cell同期发表了美国科学院院士、康奈尔大学教授James Giovannoni题为“番茄多组学揭示作物驯化和改良的影响”的评述文章，认为：该项研究加深了对作物品质化学的科学认识，将推动高品质品种培育，最终消费者能够从风味更佳、营养更好的食品供应中得利。

 基础研究：从跟跑到领跑

 番茄是世界第一大果蔬作物，根据世界粮农组织数据统计，2014年全球番茄产值是924.9亿美元，在蔬菜和水果中居于首位，具有重要的经济价值。以黄三文团队为首的中国科学家，面向世界农业科技前沿和国家重大需求，深入开展番茄基础研究，使我国基础研究方面逐步由“跟跑”转为“领跑”。

 2004年，我国科学家仅参与了番茄基因组测序总任务的1/6，在基础研究领域占据一席之地。经过十余年的潜心研究，我国科学家广泛收集了全球600多份不同类型的番茄种质资源，并开展了基因组、转录组、代谢组等多组学分析，产生了约7 Tb的原始序列数据，数据分析获得了2,600万个基因组变异位点、3万多个基因的表达量和980种果实代谢物的群体多组学数据，构建了全球最大园艺作物组学数据库。同时，利用基因组学技术阐明了番茄从野生番茄成大果栽培番茄的人工驯化过程，发现了现代番茄风味的丢失的基因调控机制，并发现了控制番茄风味的多个调控路径，为更为营养美味番茄的设计育种提供了路线图。成果自2012年后陆续发表在《自然遗传学》《科学》《细胞》等国际顶级杂志上，实现了我国在该领域上的全面引领。

 国际合作：从参与到牵头

 从承担1/6的研究任务，到组织多国科学家联合攻关，基因组所科学家用了8年时间。

 到2012年，由于基础研究实力的跃升，我国开始逐步引领国际合作方向，中国农科院科学家牵头组织了中国、美国、西班牙、以色列等10余个国家的多位科学家，实施了“番茄变异组”的国际合作研究计划，带领国际研究团队攻克了番茄进化、番茄风味等品质性状形成的多个难题。我国该领域的国际合作已经完成了从参与到牵头的转变。

 助力精准扶贫：从实验室到市民餐桌

 党的十九大提出了乡村振兴战略，2017年12月底召开的中央农村工作会议和全国农业工作会议，提出了实施乡村振兴战略的目标任务和基本原则。基因组所深入落实乡村振兴战略和农业两会精神，于1月11日召开了“高品质番茄基因组研究成果与精准扶贫座谈会” ，邀请相关贫困市和企业负责人，立足深圳、对口帮扶，在精准扶贫方面率先迈出了步伐。

 基因组所与先正达公司、青岛创世种子公司等进行了产学研的对接和深入合作，将番茄风味的最新研究成果利用到番茄育种中，先后在我国西北地区，鲁豫地区，华南地区的贫困市中建成了多个蔬菜种植园区。下一步将面向深圳市对口扶贫市广西百色，针对其气候和土壤条件，开展“美味番茄”等优质蔬菜的育种，力争让当地贫困农户从蔬菜产业的发展中直接获益，在促进现代农业快速发展、推进精准扶贫方面作出积极贡献。

 从实验室到市民餐桌，基因组所从源头创新，以基础研究为第一推动力，协调育种、种植、销售等全产业链条，加快推进蔬菜产业精准扶贫工作，创造条件让农户，特别是贫困农户直接参与基地建设，投身蔬菜产业发展，好的产品除满足当地需求外，还要支持深圳市和粤港澳大湾区对优质农产品的需求。在不远的将来，凝聚多方心血的高品质美味番茄，就将走上市民餐桌，帮助广大市民找回“儿时美味番茄”的记忆。

 该论文的第一作者为黄三文实验室博士后祝光涛、共同第一作者为罗杰实验室的博士研究生王守创，通讯作者为黄三文研究员和罗杰教授。该项研究是中国农业科学院农业基因组研究所与蔬菜花卉研究所、华中农业大学、美国佛罗利达大学、美国佐治亚大学、德国马普研究所的合作成果，得到了科技部、基金委、中国农业科学院创新工程和广东省、深圳市的支持。