被拒稿、推倒重來(lái)！在他退休前，這項(xiàng)重要成果終于發(fā)表
文｜《中國(guó)科學(xué)報(bào)》記者李思輝 朱漢斌 實(shí)習(xí)生侯婧怡
“一個(gè)字——啃！”研究生李琴記得很清楚，五六年前的那個(gè)夏天，她和另外99名同學(xué)參加過(guò)一場(chǎng)別開(kāi)生面的“品鑒會(huì)”。
當(dāng)時(shí)他們的“主要任務(wù)”就是啃各種各樣的甜玉米，然后給它們打分，類(lèi)似電視上的“美食評(píng)委”。至于“評(píng)委們”的評(píng)分有什么用，大家不太清楚，只知道是給科研團(tuán)隊(duì)幫忙。直到最近，他們中的一些人才理解：當(dāng)年的百人啃玉米“真不是鬧著玩的”，而是一次非常有價(jià)值的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。
11月7日，一項(xiàng)題為《關(guān)于玉米的風(fēng)味復(fù)雜性的遺傳基礎(chǔ)》的文章發(fā)表于《自然-遺傳學(xué)》。“百人啃玉米”是這項(xiàng)研究中的一個(gè)有趣實(shí)驗(yàn)。
“百人啃玉米”現(xiàn)場(chǎng) 百人啃玉米
在很多商超里，甜玉米是消費(fèi)者非常喜愛(ài)的食物。然而甜玉米種植一直面臨著一個(gè)悖論——“高產(chǎn)不美味，美味不高產(chǎn)”。如何從育種角度打破這個(gè)悖論，是擺在科學(xué)家面前的一個(gè)難題。
2017年，合肥，全國(guó)玉米生物學(xué)研討會(huì)上，廣東省農(nóng)科院作物所研究員胡建廣與華中農(nóng)業(yè)大學(xué)教授嚴(yán)建兵，就這個(gè)問(wèn)題展開(kāi)了一場(chǎng)交流。“要提升食味品質(zhì)，必先找到玉米的基因密碼！”兩人一拍即合，決定合作探索“高產(chǎn)不美味，美味不高產(chǎn)”悖論背后的分子機(jī)制，試圖揭示玉米風(fēng)味的遺傳奧秘，為培育“既高產(chǎn)又美味”的品種開(kāi)辟技術(shù)路徑。
要實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)突破，需要完成很多基礎(chǔ)性研究，其中之一就是從數(shù)百種玉米品種中找到好吃的品種，并且找出它“好吃的根源”。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，“這項(xiàng)研究的最終目標(biāo)是培育出好吃的甜玉米品種，這個(gè)好吃要得到市場(chǎng)認(rèn)可、得到消費(fèi)者認(rèn)可，需要由人來(lái)品鑒。”于是，就有了那場(chǎng)別開(kāi)生面的“百人品鑒會(huì)”。
2019年6月10日下午兩點(diǎn)半，廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院一間大會(huì)議室里，空氣溫?zé)岫鴿駶?rùn)，彌漫著一股清甜誘人的玉米香氣。
屋內(nèi)，長(zhǎng)桌上，整齊碼放著一盤(pán)盤(pán)或金黃或乳白的蒸玉米。百名研究生、本科生志愿者，化身成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹案泄倨吩u(píng)員”，用味蕾為科學(xué)數(shù)據(jù)“投票”。
品鑒會(huì)組織者、廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所研究員于永濤介紹，這是一次精心設(shè)計(jì)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)，目的是將玄妙的“風(fēng)味”感受，量化成可供分析的客觀數(shù)據(jù)。
為了保證品鑒的精確性與嚴(yán)謹(jǐn)性，研究團(tuán)隊(duì)從用于核心研究的295份具有全球代表性的甜玉米種質(zhì)資源中，精選出了一批材料。
為了讓這批“優(yōu)中選優(yōu)”的玉米在最完美狀態(tài)下接受品評(píng)，研究團(tuán)隊(duì)動(dòng)用了五六個(gè)家用大蒸鍋同時(shí)開(kāi)工。每一輪只蒸一個(gè)品種，蒸熟后迅速切段分發(fā)。品鑒者們需要從甜度、果皮厚度、脆度、香氣和光澤度等多個(gè)專(zhuān)業(yè)維度，以及一個(gè)更直觀的“好吃程度”總體指標(biāo)，為盤(pán)中的玉米打分。
為了保證每一口玉米都是出鍋不久、風(fēng)味最佳的狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)采用“流水席”的方式：吃完一個(gè)品種，打分，清水漱口，再上下一個(gè)。這場(chǎng)品鑒會(huì)最終凝結(jié)成了千余份有效評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)。
此后，團(tuán)隊(duì)還開(kāi)展了一系列系統(tǒng)性研究，通過(guò)多組學(xué)分析揭示了甜玉米風(fēng)味的遺傳機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，甜玉米風(fēng)味是由甜度、果皮厚度、脆度和香氣等多個(gè)維度共同構(gòu)成的復(fù)雜性狀。令人驚訝的是，提高風(fēng)味評(píng)分不一定要增加糖分，降低果皮厚度、改善口感同樣能顯著提升風(fēng)味體驗(yàn)。這一發(fā)現(xiàn)打破了“甜即好吃”的傳統(tǒng)育種觀念，為后續(xù)品質(zhì)改良提供了新的視角和方向。
通過(guò)深入分析，研究團(tuán)隊(duì)鑒定出三個(gè)全新的風(fēng)味調(diào)控基因：ZmAPS1調(diào)控腺苷代謝，影響風(fēng)味物質(zhì)的前體合成；ZmSK1影響奎寧酸合成，與甜玉米風(fēng)味密切相關(guān)；ZmCRR5調(diào)節(jié)果糖積累，在甜度與產(chǎn)量之間起到關(guān)鍵平衡作用。這些基因如同風(fēng)味形成過(guò)程中的精準(zhǔn)“指揮家”，共同調(diào)控著甜玉米的食用品質(zhì)。
研究團(tuán)隊(duì)還構(gòu)建了甜玉米風(fēng)味的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)模型。結(jié)果顯示：全基因組SNP可解釋42.0%~73.7%的風(fēng)味評(píng)分變異；團(tuán)隊(duì)鑒定出4711個(gè)與風(fēng)味顯著相關(guān)的基因位點(diǎn)，以及139種關(guān)鍵代謝物。這些發(fā)現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)“風(fēng)味與產(chǎn)量協(xié)同提升”的育種目標(biāo)奠定了重要理論基礎(chǔ)。
嚴(yán)建兵告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》：“這項(xiàng)研究的一個(gè)顯著特點(diǎn)就在于找到了品質(zhì)與高產(chǎn)之間的平衡點(diǎn)。”在他看來(lái)，這非常符合中國(guó)傳統(tǒng)文化里的中庸之道——過(guò)猶不及。品質(zhì)與高產(chǎn)，二者需要找到一個(gè)恰到好處的平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)解。
嚴(yán)建兵（右一）、李坤（右二）與研究團(tuán)隊(duì)合影 投稿“馬拉松”
2021年春節(jié)剛過(guò)，海南基地，正在進(jìn)行取樣工作的甜玉米研究團(tuán)隊(duì)成員、廣東省農(nóng)科院作物所副研究員李坤，收到一則消息：美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)在甜玉米基因組方面的研究成果已在《自然-通訊》發(fā)表。
他即刻找來(lái)文章進(jìn)行通讀，發(fā)現(xiàn)其中約一半的創(chuàng)新點(diǎn)與他所在團(tuán)隊(duì)持續(xù)多年的研究高度重合。
“這意味著我們相當(dāng)一部分的分析結(jié)果，或許只能以附件形式呈現(xiàn)。”李坤回憶。團(tuán)隊(duì)一時(shí)陷入兩難：是盡快將成果發(fā)表于影響力較低的期刊，還是靜下心來(lái)，向更深處挖掘？那幾天，團(tuán)隊(duì)士氣明顯低沉。
幾天后，他讀博期間的導(dǎo)師嚴(yán)建兵來(lái)到海南基地查看玉米長(zhǎng)勢(shì)。利用這次機(jī)會(huì)，李坤與導(dǎo)師進(jìn)行了一次深入交流。
“嚴(yán)老師態(tài)度非常堅(jiān)決，他認(rèn)為在甜玉米風(fēng)味品質(zhì)方面做更深入地解析，有望形成更加系統(tǒng)的新發(fā)現(xiàn)、新成果。”李坤說(shuō)。這一判斷堅(jiān)定了他的信心。
以積累多年的寶貴數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，研究團(tuán)隊(duì)形成成體系的研究成果，于2023年初首次將論文投稿給《自然》。主編認(rèn)為研究?jī)?nèi)容更偏向遺傳學(xué)領(lǐng)域，建議他們轉(zhuǎn)投旗下的大子刊《自然-遺傳學(xué)》。
團(tuán)隊(duì)重整旗鼓，開(kāi)始向《自然-遺傳學(xué)》投稿，就此開(kāi)啟了一場(chǎng)長(zhǎng)達(dá)兩年零十個(gè)月的“馬拉松”——這篇論文經(jīng)歷了六七輪修改，在一輪輪的修改過(guò)程中不斷優(yōu)化提升。
最嚴(yán)峻的考驗(yàn)發(fā)生在2023年10月。在第二次文章返修后，編輯給出了“拒稿，鼓勵(lì)重投”的意見(jiàn)。
這是一個(gè)令團(tuán)隊(duì)“抓狂的意見(jiàn)”——研究團(tuán)隊(duì)最初的分析一直都是基于普通玉米的參考基因組，但審稿人認(rèn)為，甜玉米與普通玉米遺傳背景或許不同，應(yīng)該用甜玉米自身的參考基因組重新分析所有數(shù)據(jù)。
“這就像換了一張地圖重新探險(xiǎn)，無(wú)異于‘推倒重來(lái)’！”李坤說(shuō)。
面對(duì)這個(gè)“拒稿”通知，團(tuán)隊(duì)內(nèi)部再次出現(xiàn)分歧。有成員建議放棄，經(jīng)多輪討論后，團(tuán)隊(duì)最終決定堅(jiān)持——“審稿專(zhuān)家說(shuō)得有道理，要做就做到最好”。正是這種執(zhí)著，支撐他們度過(guò)了最煎熬的階段。
研究團(tuán)隊(duì)重新組裝甜玉米基因組，將所有分析按新標(biāo)準(zhǔn)重做。科研的艱辛，藏在每一個(gè)樣本里。
試驗(yàn)材料種植過(guò)程中，高溫、病害接踵而至。樣品采集環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)錄組和代謝組分析需要授粉后15至20天的鮮籽粒，這些嬌嫩的籽粒必須從果穗上完整剝離，負(fù)責(zé)田間試驗(yàn)的于永濤帶領(lǐng)一群學(xué)生用手術(shù)刀小心翼翼地一顆顆剜取……雖然最終的結(jié)論與之前相比并無(wú)顛覆性改變，但論證過(guò)程變得更加嚴(yán)謹(jǐn)，研究結(jié)論更加“無(wú)懈可擊”。
在這項(xiàng)更精密的研究中，科學(xué)家解析了玉米風(fēng)味與產(chǎn)量之間的內(nèi)在權(quán)衡機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)，基因ZmCRR5在自然群體中存在多種等位基因型，其中一類(lèi)低頻等位型具有產(chǎn)量高、風(fēng)味佳的特點(diǎn)。這些發(fā)現(xiàn)為實(shí)現(xiàn)“風(fēng)味與產(chǎn)量協(xié)同提升”的育種目標(biāo)提供了靶向，有望打破“高產(chǎn)不美味，美味不高產(chǎn)”悖論。
“我們的成果就像給玉米繪制了一張精細(xì)的基因地圖，讓大家知道哪些基因讓玉米變甜，哪些讓玉米變得更好吃。”李坤說(shuō)。
經(jīng)歷了兩年多的曲折，今年10月9日，論文終于被《自然-遺傳學(xué)》正式錄用，團(tuán)隊(duì)成員松了一口氣——從最初設(shè)想的提出，到論文最終被發(fā)表，已接近十年。
這篇從“拒稿”到“重生”的論文，也成為國(guó)內(nèi)外第一篇公開(kāi)發(fā)表的系統(tǒng)研究甜玉米遺傳進(jìn)化與品質(zhì)改良的研究論文。
胡建廣（左二）、李坤（右一）在田間
畫(huà)一個(gè)句號(hào)
文章發(fā)表后，整個(gè)團(tuán)隊(duì)都很開(kāi)心。尤其是對(duì)胡建廣來(lái)說(shuō)，這份成果有著特殊的意義——再過(guò)一個(gè)多月他就要退休了。
李坤告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，此前的20多年里，胡建廣一直都在圍繞甜玉米做品質(zhì)改良與育種研究，退休前的收獲，來(lái)得正好。
時(shí)間回溯到1999年，那一年，胡建廣進(jìn)入廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，開(kāi)始做甜玉米研究。“那時(shí)我們只有三十幾份材料、七畝試驗(yàn)地，團(tuán)隊(duì)人員少、經(jīng)費(fèi)緊張，開(kāi)支要靠項(xiàng)目支撐，很不容易。”胡建廣回憶。
為了做研究，他和團(tuán)隊(duì)成員們常年奔波于各地：春夏在北方，秋冬在海南，一年四季追著太陽(yáng)走。
田間工作不僅辛苦，還充滿(mǎn)風(fēng)險(xiǎn)。團(tuán)隊(duì)成員常被玉米葉劃傷，被蛇蟲(chóng)叮咬，還有人摔跤骨折。提及這些，胡建廣直言“不值得一說(shuō)”，因?yàn)椤白鲛r(nóng)業(yè)研究都是這樣，沒(méi)那么嬌氣。”
倒是有一件事，讓他難以忘懷。2011年，胡建廣隨有關(guān)部門(mén)赴美國(guó)考察，當(dāng)走進(jìn)一些國(guó)際農(nóng)業(yè)巨頭的實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)田時(shí)，他受到了極大的觸動(dòng)。“他們的設(shè)備條件、科研投入、育種平臺(tái)，確實(shí)遙遙領(lǐng)先。”他回憶道。
那種全方位的差距，讓他很不好受。更讓他心情復(fù)雜的是，在異國(guó)他鄉(xiāng)，他遇到了多名在國(guó)外大公司工作的復(fù)旦校友。他們告訴胡建廣，在國(guó)外，研究中最辛苦的活兒都是中國(guó)人干，但成果卻往往屬于別人，中國(guó)“打工者”的待遇也和美國(guó)人相差很大。
巨大的差距并沒(méi)有讓他氣餒，反而激發(fā)了他的斗志。回國(guó)后，他一方面注重良種選育、開(kāi)展產(chǎn)業(yè)推廣，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)陸續(xù)培育出粵甜13號(hào)、粵甜16號(hào)、粵甜28號(hào)等多個(gè)國(guó)家級(jí)甜玉米對(duì)照品種；另一方面和華中農(nóng)業(yè)大學(xué)等單位積極合作，試圖在理論上實(shí)現(xiàn)突破，做出中國(guó)自己的、世界級(jí)的成果。
經(jīng)歷了多平臺(tái)協(xié)作、多年積累，他們終于取得重要突破，“設(shè)想”終于變?yōu)椤艾F(xiàn)實(shí)”。“這是一個(gè)水到渠成的過(guò)程，沒(méi)有突然的柳暗花明，只有一步步的扎實(shí)推進(jìn)。”胡建廣說(shuō)。
在胡建廣看來(lái)，這份“退休前的禮物”可以看作是中國(guó)甜玉米研究走向世界前沿的見(jiàn)證——盡管現(xiàn)在中國(guó)的玉米品種源頭主要來(lái)自西方發(fā)達(dá)國(guó)家，但我國(guó)在一些細(xì)分研究領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界最前沿。
對(duì)此，嚴(yán)建兵也有同感。他介紹：“過(guò)去20多年來(lái)，中國(guó)玉米研究取得了長(zhǎng)足發(fā)展，尤其是在基礎(chǔ)研究上實(shí)現(xiàn)了突飛猛進(jìn)。今天，中國(guó)的玉米研究與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，正處于并跑階段，在某些領(lǐng)域甚至開(kāi)始領(lǐng)跑。”
但嚴(yán)建兵轉(zhuǎn)而又告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，目前我國(guó)在玉米育種研究上還有兩個(gè)不容忽視的不足：一是圍繞玉米產(chǎn)業(yè)鏈建立的智能育種技術(shù)，和美國(guó)還有差距；二是在玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新上，我國(guó)科學(xué)家還需持續(xù)努力。
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