黃三文：蔬菜遺傳密碼的破譯者

　　黃三文，1971年出生于湖南岳陽。中國農業科學院蔬菜花卉所研究員，博士生導師。1996年碩士畢業于北京農業大學，2005年獲荷蘭瓦赫寧根大學博士學位。現任深圳農業基因組所副所長，國家“973”項目“主要蔬菜重要品質性狀形成的遺傳機理與分子改良”首席科學家、國際黃瓜基因組計劃首席科學家、國際茄科基因組研究聯盟的執行委員等；獲國家科技進步二等獎1項，2012年獲“國家杰出青年科學基金”“華耐園藝科技獎”，入選科技部中青年科技創新領軍人才、“百千萬人才工程”國家級人選等。

　　 “吃黃瓜快吃到瓜蒂時，往往會變得非常苦。關于黃瓜苦味問題，科學家一直沒找到原因。”中國農科院蔬菜花卉所研究員、深圳農業基因組所副所長黃三文高興地說，“經5年努力，我們終于找到了合成苦味物質葫蘆素c的9個基因，也找到了調控黃瓜苦味的兩個‘主開關’。”

　　 今年11月28日出版的《科學》雜志以長篇論文形式發表了該成果，這也是近5年來《科學》《自然》和《自然遺傳學》雜志第8次報道黃三文團隊的成果，標志著經數十年努力，我國蔬菜基因組學研究實現了從“跟跑”向“領跑”的轉身。

　　 “次生代謝產物大多植物用來抵抗病蟲害的武器。確實有‘主開關’調控次生代謝基因簇，這是植物科學的一個重要發現。”

　　 感受農業科技的魅力

　　 作為洞庭湖邊、汨羅江畔的一名農家子弟，選擇農業是緣于黃三文年少的一件事。20世紀80年代，他家種植了袁隆平培育的雜交水稻后產量翻了一番。農業科技的魅力使他報考了北京農業大學，并愛上了植物育種學。

　　 1996年，黃三文如愿來到中國農業科學院從事蔬菜遺傳育種研究。經學習和實踐，黃三文基本掌握了蔬菜常規育種的技術流程，也逐步認識到這種以表型為選擇對象的常規育種方法存在著育種效率低、數量性狀改良難度大等缺陷。當時分子標記技術在國內蔬菜育種研究中尚未應用，他大膽地采用RAPD（隨機擴增多態性DNA）標記方法分析了辣椒育性恢復性狀，發現了與主效恢復基因連鎖的RAPD標記，并發表了第一篇SCI論文，成功申請了一項國際科研項目。

　　 2000年9月，研究所推薦他前往荷蘭瓦赫寧根大學攻讀博士學位，導師是瓦赫寧根大學植物育種系主任Evert Jacobsen教授。晚疫病是馬鈴薯第一大病害，瓦赫寧根大學當時開展抗病基因克隆工作已有10年，尚未取得顯著進展。通過深入思考，黃三文認為失敗的主要原因是克隆基因方法存在問題。他精心準備了一封信，向導師提議應采取更可靠的圖位克隆法。導師欣然采納了他的建議，讓他放手去做。

　　 沒有基因組圖譜，圖位克隆基因仍是一項非常艱巨的工程，為此黃三文全身心投入了工作。別的學生每天工作8小時，他工作12小時以上；周末對荷蘭學生來說是雷打不動的休息時間，對他是利用實驗室儀器的大好時間。經過長時期、高強度的努力工作，他成功地克隆了一個重要抗病基因R3a，并與英國科學家合作克隆了R3a識別的晚疫病菌無毒基因Avr3a。如今R3a-Avr3a這一分子互作系統已成為馬鈴薯—晚疫病菌研究的模式體系。黃三文也因其博士期間的突出表現獲得了2004年度“國家優秀留學生獎學金”。

　　 從跟跑者到領跑者

　　 2005年2月4日，中國農科院蔬菜花卉研究所生物技術室成立了功能基因課題組。課題組一成立就參與了由荷蘭瓦赫寧根大學發起的大型國際合作項目——國際馬鈴薯基因組計劃，這也是我國參加的第一個蔬菜基因組國際計劃，后來共有14個國家28家科研機構參加了該計劃。黃三文作為中方首席科學家負責項目的組織和執行。

　　 計劃實施不久，研究就面臨嚴重困難，主要是在測序策略上采用了依賴傳統測序技術、高質量物理圖譜的技術方案；在合作方式上采用按染色體分工策略，使項目進度很難掌握。

　　 2006年，新一代DNA測序技術開始浮出水面，雖然當時尚無利用新技術對大基因組進行從頭測序的先例，但黃三文敏銳意識到新一代DNA測序技術為蔬菜基因組計劃帶來的機會，也認識到基因組學對園藝學科基礎研究整體提升的重要意義，他經過深思熟慮后向研究所提出了書面建議，認為必須發起我方主導的計劃，來帶動我國蔬菜基因組學研究的快速發展。

　　 2007年，蔬菜花卉所自籌經費發起國際黃瓜基因組計劃，大膽采用最新測序技術與傳統技術相結合的測序手段、全基因組鳥槍法測序策略等。由于采取了正確的測序策略和高效的組織方式，計劃進展順利，其研究成果在2009年11月的《自然—遺傳學》（Nature Genetics）上作為封面文章發表。這是第一個蔬菜作物全基因組分析論文，也是我國園藝界第一次在高影響因子的國際學術期刊上發表論文。

　　 盡管黃瓜基因組研究獲得重大突破，但到2008年上半年，馬鈴薯基因組計劃進度仍然緩慢，于是，黃三文下決心另辟蹊徑，采用單倍體材料、全基因組鳥槍法策略和新一代DNA測序技術，于2009年初完成了單倍體馬鈴薯全基因組序列圖的繪制，并初步闡明了馬鈴薯自交衰退的基因組學機理并發現一批與馬鈴薯塊莖發育相關的基因。

　　 在2009年3月愛爾蘭會議上，大家決定把所有資源集中在中方組織的單倍體馬鈴薯測序計劃上來。2011年7月《自然》雜志以封面長篇幅論文發表了馬鈴薯基因組分析的成果，被兩院院士評為2011年度“世界十大科技進展新聞”。美國植物基因組專家認為，“馬鈴薯基因組論文是基因組比較分析的優秀范例，作者們采用了單倍體來測序克服了馬鈴薯基因組的雜合度帶來的困難。”

　　 黃瓜、馬鈴薯基因組計劃為我國蔬菜基因組研究凝聚了團隊，鍛煉和培養了人才，其研究策略被之后開展的白菜、番茄和西瓜基因組計劃所采納。接著，我國取得了國際白菜基因組計劃的主導權，發起制定了西瓜基因組計劃，在番茄基因組計劃中發揮了重要作用……通過幾年努力，黃三文帶領著中國農科院蔬菜花卉研究所基因組學研究團隊，實現了從“跟跑者”到“領跑者”的角色轉變。

　　 從基因組到新品種

　　 從事基因組研究，最終目的是為了培育擁有自主知識產權的優良品種。為打通從基因組到新品種這條“頂天立地”的道路，黃三文以黃瓜為研究對象，繼續深化功能基因組研究，加強遺傳學和分子生物學研究，開展了全基因組設計育種。

　　 目前，黃三文團隊與國內外研究團隊合作，已完成100多個組織的轉錄組測序，重測序了115份核心種質并繪制了黃瓜的變異組圖譜，構建了黃瓜突變體庫并正完善遺傳轉化的技術體系，為發掘、驗證黃瓜重要性狀基因提供了“利器”，在國際園藝學科，黃瓜遺傳學和分子生物學研究方面率先進入了“大數據”時代。而該成果，2013年發表在《自然遺傳學》上。

　　 在加強遺傳學和分子生物學研究方面，黃三文帶領團隊構建了第一張遺傳—細胞遺傳整合圖譜、遺傳—物理整合圖譜、黃瓜—甜瓜—西瓜比較遺傳圖譜以及變異組圖譜，黃瓜可用的分子標記由200個迅速增長到400萬個。利用變異組數據，設計開發了遺傳背景選擇芯片，并且迅速精細定位了30多個重要性狀基因。重點對性別決定、苦味形成、果實發育三個重要性狀的遺傳和分子機理進行了深入研究。而最近在苦味形成機理上的突破，就是綜合利用基因組數據和分子生物學、生物化學等多學科交叉工具手段的結果。

　　 “盡管已破譯了蔬菜的遺傳密碼，但我們的全基因組設計育種研究才剛剛起步。”黃三文說。