黃三文：用大數據精準培育“你的菜”

黃三文（圖/中國科協網）

近日，國際權威學術期刊《自然·遺傳學》在線發表了“優薯計劃”的最新研究成果。該研究成果由中國農科院深圳基因組研究所黃三文團隊研究完成，提供了迄今最完整的雜合馬鈴薯基因組、最全面的馬鈴薯單體型比較分析，為馬鈴薯二倍體雜交種子早日誕生奠定了基礎。黃三文與農業基因組研究的緣分從馬鈴薯開始，在破解黃瓜、西紅柿等基因組密碼，推動蔬菜基礎研究進入基因組時代后，馬鈴薯依舊是他最關心的作物。用雜交種子替代塊莖繁殖，把繁殖系數提高1000倍，這是黃三文一直在攀登的一座科學高峰。

基于多年的研究成果，黃三文先后獲得國家自然科學獎二等獎、周光召基金會基礎科學獎、何梁何利基金會科學與技術進步獎。今年5月30日，黃三文被授予全國創新爭先獎。10月13日，他又被表彰為“深圳經濟特區建立40周年創新創業人物和先進模范人物”。

“我們所做的，不是為創新而創新。我們關注的是，怎么運用農業科技手段，讓老百姓吃上安全健康美味的蔬菜。”黃三文表示，這些肯定激勵著他繼續帶領團隊，利用組學大數據推動作物育種變革。

立志從農：從見證雜交水稻高產開始

1971年，黃三文出生于湖南省岳陽市，少年時期的他親眼看到自家地里種植的袁隆平培育的雜交水稻產量翻了一番。這在他的心中播下一顆農業科技創新的種子，促使他報考北京農業大學（現中國農業大學），并成為一輩子與農作物打交道的“農科人”。

2000年，黃三文來到荷蘭瓦赫寧根大學攻讀博士學位，正式開始了蔬菜分子設計育種的科研旅程。

晚疫病是馬鈴薯第一大病害，瓦赫寧根大學當時開展馬鈴薯抗病基因克隆研究已有10年，一直未取得顯著進展。

通過深入思考，黃三文認為失敗的主因是克隆基因的方法存在問題，建議采取更可靠的圖位克隆法。他的導師欣然采納，讓他放手去做。

沒有基因組圖譜，圖位克隆基因就是一項異常艱巨的工程。別的學生工作8小時，他每天至少工作12小時。周末是他最高興的時候——大家都休息了，他可以不被打擾地使用實驗儀器了。

經過長期高強度的研究工作，黃三文與英國科學家合作建立了R3a-Avr3a基因互作系統，現已成為馬鈴薯晚疫病菌研究的模式體系。

大膽突破：推動蔬菜研究進入基因組時代

畢業歸國后，黃三文在中國農科院蔬菜花卉研究所成立了功能基因組課題組，擔任課題組長。課題組一成立就參與了荷蘭組織實施的國際馬鈴薯基因組計劃。

由于馬鈴薯測序材料是雜合二倍體，基因組比較復雜，構建其物理圖譜非常困難。傳統Sanger測序技術價格昂貴，項目進展不順，國際協作組士氣低落。

2006年，新一代測序技術NGS開始浮出水面，雖然尚無利用新技術對大基因組進行從頭測序的先例，但黃三文敏銳地意識到，新一代NGS測序技術為蔬菜基因組計劃帶來的機會。

“與其干耗著，不如嘗試用新一代測序技術測一個新的物種。”2006年底，黃三文決定用NGS做一次嘗試，測序基因組較小的黃瓜。

兩年時間，黃三文團隊完成了黃瓜基因組測序。這是國際上第一次用NGS測序技術完成的大基因組測序工作，也是第一篇蔬菜作物全基因組分析論文，實現了我國園藝界在國際頂尖學術期刊上發表論文零的突破。

反觀馬鈴薯基因組計劃的緩慢進展，黃三文下決心另辟蹊徑。

“直接測二倍體做不了，那做單倍體行不行？”黃三文團隊采用全基因組鳥槍法測量和新一代測序技術，于2009年初完成了單倍體馬鈴薯全基因組序列圖的繪制，發現了一批與塊莖發育相關的基因。

2011年7月，《自然》雜志以封面論文發表了單倍體馬鈴薯基因組分析成果，被兩院院士評為2011年度“世界十大科技進展新聞”。

黃瓜和馬鈴薯項目積累的成功經驗，給予黃三文團隊巨大的信心。隨后，黃三文推動了白菜、番茄、西瓜等多種蔬菜基因組測序，推動我國蔬菜基礎研究進入原基因組學時代，實現了從“跟跑者”到“領跑者”的角色轉變。

頂天立地：引領基因組設計育種跨越

“基因組好比是一張地質勘探圖。對農業育種而言，基因組可以讓我們清晰地了解基因在進化過程中的選擇、遺棄、變異情況，以及人類在品種培育中作出的努力。”黃三文認為，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并應用到實踐中。

如果說基礎研究是“頂天”，那么品種培育及產業開發就是“立地”。

從基因組走到品種培育的第一個作物是黃瓜。

115份黃瓜核心種質重測序、100多個組織的轉錄組測序，構建了黃瓜分子生物學研究的數據庫。隨后5年，團隊20多個人，嘗了18萬多片黃瓜葉，終于找到了調控黃瓜苦味的11個基因。

黃三文（左一）和團隊成員一起品嘗黃瓜（圖/ 中國農業科學院)

“你愿意吃苦瓜，但你絕不愿意吃苦的黃瓜。”黃三文與湖南蔬菜所陳惠明研究員緊密合作，通過雜交選育那些苦味基因失效的材料，不苦黃瓜系列品種就這樣誕生了。該系列品種已在湖南、湖北、江西、浙江、福建、廣東等地累計推廣150余萬畝（1畝≈666.7平方米），創造經濟效益100多億元。

隨后，黃三文團隊又合作培育出含糖量顯著提高的番茄新品種，并面向新疆喀什和廣西百色等地區積極開展“美味番茄”育種扶貧項目。

2017年，在原農業部的支持下，“優薯計劃”正式啟動，深圳基因組研究所負責基礎研究，云南師范大學負責育種。2019年，他們解決了馬鈴薯自交不親和的難題，獲得了可直接用于育種的自交親和的馬鈴薯新材料，淘汰了自交衰退基因。截至目前，他們已培育出首個概念性雜交品種——“優薯1號”。

“當馬鈴薯完全用種子種植時，只需2克種子就能種出一畝地的馬鈴薯，不僅能避免薯塊種植易染病的問題，還能節約大量的土地資源和運力資源。”黃三文說。

“農業領域的科研不能停留在紙上，發表論文不是終點而應是起點。一定要把我們的研究與國家需求、地區發展及老百姓的需求結合起來。”黃三文和他的團隊一直在努力著。