這顆中國番茄何以實現高端突圍
山農大李傳友教授團隊破解植物再生與防御密碼，培育出高端番茄品種矩陣
作為國內引進的主流高端番茄品種之一——法國Saopolo番茄的種子，一顆就要18元。山東農業大學李傳友教授團隊培育的“泰番玲瓏珠”，不僅產量和品質可以媲美Saopolo番茄，而且價格還不到它的五分之一。
這不僅是價格的差距，更是一場高端種業的“突圍戰”。如今，李傳友團隊已培育出可替代進口的“泰番”系列高端番茄新品種30余個，形成了國產高端番茄品種矩陣。
前不久，因其在植物系統性防御與可塑性發育機理研究領域的突破性貢獻，李傳友獲國際知名的“洪堡研究獎”。這個獎，標志著中國科學家在作物育種基礎研究領域，已經站在了國際學術前沿。
找到開鎖的鑰匙
“全世界搞育種的，都卡在兩個‘硬骨頭’上。”采訪中，李傳友開門見山，“一是產量和抗性‘打架’，高產的不抗病，抗病的低產；二是小麥、玉米、大豆這些主糧再生能力弱，基因編輯再好也用不上。”
這兩道難題，像兩把鎖，被他用“一顆番茄”一一解開。李傳友找到的，正是開鎖的鑰匙。
第一把鑰匙，叫“免疫穩態”。
李傳友介紹，植物的免疫系統和人類有點像。感染了，要啟動防御；敵情解除了，要適時剎車。剎車不靈，就會過度免疫——就像有些感染疾病的重癥患者，很多不是被細菌或病毒殺死，而是被自己的免疫反應“燒”死的。
“植物比人聰明。”李傳友說，“它不能動，天天被蟲子咬、被病菌侵，可它從來沒把自己‘燒’死。它有一套精確的剎車系統。”
根據國外研究成果，植物存在系統性防御現象，其中，發揮關鍵作用的有兩個因子——系統素和茉莉酸。但對于它們如何發揮作用及其作用機理是什么，學術界一直沒有研究清楚。
經過20余年的研究，李傳友團隊鑒定到了系統素有兩個受體SYR1和SYR2，它們作為受傷程度的感受器：一個當油門，啟動防御；一個當剎車，終止免疫。油門踩多大，剎車就配多靈。把這兩樣調好了，產量和抗性就能一起往上走。
第二把鑰匙，是被稱作“再生指揮官”的再生因子REF1。
2024年5月22日，國際頂級期刊《細胞》發表了李傳友團隊的研究成果。他們發現了一種叫REF1的再生因子，植物受傷后，它會像指揮官一樣發令：啟動修復。
中國科學院院士種康評價：“該研究對細胞分化與再生領域的基礎科學研究和生物技術應用都具有突破性意義。植物再生因子REF1的發現和利用，對我國用好基因編輯這把‘劍’，打贏種業翻身仗、加快國家生物育種產業化步伐意義重大。”
李傳友教授正在察看培育番茄品種長勢。（□資料圖）
挑戰導師的導師，從“失敗”里撿到寶
這兩把鑰匙是如何找到的？
20世紀70年代，美國科學家瑞恩教授用番茄做研究，發現了一個現象：一片葉子被蟲咬了，整株番茄都會產生一種讓蟲子消化不良的蛋白。他把這叫做“系統性防御”。
1991年，瑞恩教授找到了傳遞信號的物質，給它取名“系統素”。
他認為，系統素是那個送信的“信使”，植物受傷后，它從受傷部位出發，跑遍全身下達防御指令。而另一種物質“茉莉酸”，只在受傷部位起作用。
這個結論，寫進了美國的教科書。
年輕的李傳友在博士后期間，恰好進了瑞恩教授學生的實驗室。讀到這個理論后，他決定親手驗證一下。
“實驗數據一遍遍告訴我，這個結論不對。”李傳友說。他做了一個嫁接實驗，結果證明，真正跑長途送信的，不是系統素，是茉莉酸。系統素確實重要，但它只在受傷部位發揮作用，它的任務是增強茉莉酸的合成。
他把結果寫成論文發表。發表后，瑞恩教授看到了，并在美國科學院院報上發了篇評論，公開說這是一個新發現。
2003年，李傳友回國，在中國科學院遺傳與發育生物學研究所建起自己的實驗室。因為研究茉莉酸，他給實驗室取了個名字，叫“茉莉家園”。
“茉莉家園”里，有一堆防御反應出問題的突變體，是他們攢了二十年的“家底”。沒想到這些外人眼中的“破爛”，后來會派上大用場。
當時，團隊想找再生因子。如果直接用遺傳學方法篩再生的突變體，篩一輪要花很長時間，根本“篩不動”。
李傳友換了個思路。他琢磨：植物受傷后，一邊要防御，一邊要再生。這兩個事是同時發生的，分不開。那如果一個突變體再生出毛病，它的防御是不是也有毛病？
順著這個邏輯，他翻出了那些防御有缺陷的突變體。
“從防御缺陷的突變體入手，去找再生也發生缺陷的。”李傳友說。
果然，他們篩到了一個叫spr9的突變體——防御有問題，再生也有問題。
實驗“做不出來”，本身就是答案
這時候，一個叫楊文韜的博士生站了出來。她負責對突變體做遺傳互補驗證。按理說，把基因轉回去，突變體應該恢復正常。可她怎么試都不行——換培養基，不長；調溫度，不長；換光照，還是不長……
2020年5月，李傳友主動問起實驗進展。楊文韜憋了半天，終于開口：“老師，我這個基因……可能分離錯了。”
“怎么錯了？”
“我做不出轉基因來，沒法做遺傳互補。”
“這就對了！”李傳友一聽，眼睛亮了，“spr9就是編碼再生因子的基因！它功能沒了，植物就徹底喪失再生能力，當然做不出轉基因來。這不就是我們找了十幾年的東西嗎？”
原來，實驗“做不出來”，本身就是答案。
實驗室里的年輕人一代接一代。有人接著再生往下做，有人盯著抗病往前拱。
晁瑜是2021級直博生，研究再生的精細調控；劉浩峰是2023級博士生，手里有個對青枯病高抗的材料，正琢磨怎么把抗性基因找出來、用到生產上。
文章被接收那天，晁瑜記得特別清楚：“早上來的郵件，當天上班，實驗室里就傳開了，大家都特激動。高興的同時，也覺得李老師這么多年的心愿，終于實現了。”
李傳友常說一句話：“做研究的過程中，要講自己喜歡的結果，更要善于去講自己不喜歡的結果。不喜歡的結果，往往有兩種可能，一種可能是做錯了，更多的時候，意味著創新性很強。”
這話，他的學生都記得。
如今，李傳友帶領團隊從番茄里找到的“金鑰匙”，正在打開更多農作物生物育種的大門。國內做小麥的、做玉米的、做大豆的，已經在用他們發現的再生因子，提高育種效率。
（大眾新聞·齊魯壹點記者 鞏悅悅 王建偉）
來源：大眾新聞·大眾日報
編輯：李婕寧 王譽林
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