——　第二部分　国家自然科学基金项目成果巡礼　——

　　中国农业科学院蔬菜花卉所研究员、深圳农业基因组所副所长黄三文团队，在国家杰出青年科学基金等项目支持下，经过5年多的努力攻关，成功解析黄瓜苦味合成、调控及驯化的分子机制。该研究成果于2014年11月28日以封面长篇论文在Science上发表。参与研究的还包括国内外10家优秀科研单位，论文第一作者尚轶和并列第一作者周渊均获得青年科学基金资助，另一作者张忠华获得国家优秀青年科学基金资助。

　　黄瓜是我国第一大设施蔬菜作物，深受消费者的喜爱。栽培黄瓜都是从极苦的野生黄瓜驯化来的，但由于驯化过程并不完全，一些品种在高温、干旱等不利条件下生长时会产生苦味，严重影响商品价值。瓜类苦味物质葫芦素还具有很好的抗虫性和药用价值。在《本草纲目》中就详细记载了富含葫芦素的甜瓜瓜蒂具有护肝及消炎的功效，现代医学研究还发现葫芦素能够显著抑制癌细胞的生长。

　　5年前，黄三文团队发现在黄瓜6号染色体存在一个由5个基因组成的基因簇可能参与苦味物质葫芦素的合成（Nature Genetics 2009，41，1275-1281)。后来又通过黄瓜变异组图谱发现了控制果实苦味的Bt基因位点具有驯化选择的痕迹（Nature Genetics 2013， 45，1510-1515)。在此基础上，通过深入挖掘组学数据并结合分子生物学和生物化学等多种研究手段，揭示了9个酶基因负责葫芦素生物合成的代谢路径，并阐明了其中4个酶的生物化学功能；同时发现这9个基因由两个“主开关”基因（Bl和Bt）直接调控，其中Bl控制叶片苦味，Bt控制果实苦味；Bt在驯化过程中受到选择，是黄瓜最重要的驯化基因（Science 2014，346，1084-1088)。更重要是，研究发现Bt基因启动子的一个突变使得该基因在逆境中不表达，从而可彻底避免苦味对黄瓜品质的影响。基于这个科学发现，育种家们可以制定分子育种方案培育新型黄瓜品种：即通过精确调节果实和叶片中Bt和Bl的表达模式，可以确保黄瓜果实中不积累苦味物质，保证黄瓜的商品品质；同时提高叶片中的葫芦素含量用于抵御害虫的侵害，减少农药的使用。这项研究解决了长期影响黄瓜生产的一个重大应用问题，是蔬菜基因组研究直接用于品种改良的优秀范例。

　　葫芦素等次生代谢产物既是植物抵抗病虫害的化学武器，也是天然药物开发的“富矿”。次生代谢产物合成基因以成簇的形式广泛分布在植物基因组中，但它们的调控机制一直不太清楚。这项研究首次揭示了这些基因簇精确调控的分子机制，对于研究植物次生代谢具有重要意义。葫芦素合成基因簇的破解也为新药开发提供了新的思路。著名植物学家、德国马普发育生物学研究所所长DetlefWeigel高度评价这项研究，誉之为“杰作”、“科研教学的完美教材”。

　　后续研究将进一步研究葫芦素的生物合成途径，并将阐明葫芦素在黄瓜细胞内的运输机制。