打开番茄属遗传资源 栽培特色番茄品种
【摘要】日前，由新疆农业科学院加工番茄生物育种创新团队牵头多家单位，历时7年攻关的《超级泛基因组研究揭示野生和栽培番茄物种基因组和结构变异多样性》科研成果，在全球顶级科学期刊《自然·遗传》上发表。这是新疆农科院自1955年成立以来首次以第一单位在《自然·遗传》上发表论文，也是新疆科研单位的首次。
日前，由新疆农业科学院加工番茄生物育种创新团队牵头多家单位，历时7年攻关的《超级泛基因组研究揭示野生和栽培番茄物种基因组和结构变异多样性》科研成果，在全球顶级科学期刊《自然·遗传》上发表。这是新疆农科院自1955年成立以来首次以第一单位在《自然·遗传》上发表论文，也是新疆科研单位的首次。
新疆既不是番茄的发源地，也不具备多样化的野生番茄种质资源，却因这项研究成果一夜之间引起全球番茄育种乃至生命科学领域专家的集体关注。这究竟是一项什么样的研究成果？这项成果将为新疆番茄生物育种研究带来什么？记者就此进行了采访。
新疆成为番茄遗传资源富集区
“全世界一共研究出13个番茄种的基因组，我们现在掌握11个。”新疆农业科学院副院长、研究员、加工番茄生物育种创新团队学科带头人余庆辉说。
据介绍，该研究利用第三代单分子实时测序技术、全基因组光学图谱技术和高通量染色体构象捕获测序技术对11个番茄种进行基因测序组装，组装出11个染色体水平高质量基因组，打开了番茄属遗传资源领域研究的宝库，使新疆从种植大区一跃成为世界番茄遗传资源富集区。
目前，中国已成为世界第一大番茄生产国，品种对番茄产业发展至关重要。近年来，借助多元化的育种技术，育种专家对野生番茄持续进行改良，培育出了各具特色的栽培番茄品种，使番茄的抗病性、产量、固形物含量等特性显著放大，满足了产业发展需求。
“有时产量提升了，却失去了风味，很难有兼顾各方需求的完美品种。”新疆农科院加工番茄生物育种创新团队副研究员李宁说，很多人反映现在的番茄没有过去好吃了，其实就是在品种选育的过程中，为了突出产量等特性，人为导致丢失了风味特性的一种结果。
生物育种技术正是有望解决育种环节特性难以兼顾问题的钥匙。李宁说，育种专家如果能找到关系番茄风味特性的基因片段，将这些基因片段整合进选育的番茄品种基因中，就有可能找回番茄“失去的味道”。
要做到这一点，对基因的掌控至关重要。一方面要研究清楚一个物种到底有多少基因，有哪些规律可循；另一方面要展开针对性状特征的研究，搞清每一个基因关系着哪些性状特征。
“我们所做的工作重在解决第一个问题，是基础中的基础。”余庆辉说，自2018年研究工作启动以来，这个团队收集了8个野生番茄种、1个番茄近源野生种和2个栽培番茄代表性品种，构建了番茄属泛基因组，解析了番茄属基因组特征，重构了番茄属系统发生关系，为下一步基因的分型研究提供了平台。
“这是一个巨大的数据宝库。”余庆辉说，研究找到了上千个包含番茄遗传密码的基因。其中，在野生番茄资源中克隆到一个能显著增加分枝数且果实数量增加67.1%的新基因，对今后加工番茄品种创新具有重大价值，然而这仍是研究成果的冰山一角。
基础研究是整个学科体系的源头和根基。番茄超级泛基因组研究的成果有望有效解决目前番茄种间遗传多样性丧失、改良过程存在严重遗传瓶颈这一世界难题，将为这一研究领域构筑牢固地基，未来或将有更加雄伟的科研“大厦”拔地而起，成果价值将难以估量。
彰显中国科研人员使命担当
余庆辉介绍，新疆农科院番茄超级泛基因组的研究数据将逐步公开，让世界范围内更多科研人员分享基础研究成果，让后续研究能够造福全人类。
在余庆辉团队开启番茄超级泛基因组研究之前，全球实现知识产权共享的番茄基因组只有2个，供育种专家选择的遗传资源十分有限。部分跨国大型种业公司也在开展相关研究，但研究成果直接为企业后续育种环节服务，成为具备知识产权的技术壁垒，引进这些研究成果必然价格昂贵、受制于人。
“科研没有捷径。”余庆辉说，随着科学技术的飞速发展，基础研究、应用研究、产业化发展的边界已不再明显，绕过基础研究搞应用领域研究，轻则科研成果“地基”不稳，重则关键技术受制于人。
基础研究的重要性不言而喻。虽然地处国内科技发展相对滞后地区，但新疆农科院研究团队决定投入巨大的人力物力，从基础研究做起来提高番茄育种水平。
“等着用成果的人远远多于潜心研究的人。”余庆辉说，基础研究周期链条长，转化风险高，相关成果等不来要不来，必须靠自己。
要实现一项国际性的研究成果，研究过程不会是一路坦途。即便做好充足的应对，在科研路上仍会遇见很多拦路虎。基础设施欠账多，缺少必要设备，基因组装技术不成熟……在国内同行的大力支持下，研究团队解决了一个个现实的困难。
“关关难过关关过。”余庆辉说。幸运的是，近年来，国家和新疆维吾尔自治区出台一系列支持政策，扎实推进创新驱动发展战略，持续加大科技研发投入力度，重点用于关键技术攻关、基础研究、平台建设等领域，科技创新环境持续优化，进一步坚定了科学家开展基础研究的信心，有什么困难就解决什么困难，最终造就了惊艳世界的研究成果。
“基因数据共享全世界，这是我们中国科研人员的使命担当。”余庆辉说。
吸引国际人才来疆开展研究
超级泛基因组研究成果在为各国科学家提供研究支撑的同时，必然会引起育种及相关行业的激烈竞争。新疆农科院的研究成果进行国际共享，绝不意味着拱手让出先发优势。
“按照惯例，我们会用未来2—3年的时间逐步共享基因组数据。”余庆辉说，这是留给中国科研人员宝贵的窗口期。他和团队成员来不及过多庆祝，就已投入到后续的科研工作中。
目前，番茄超级泛基因组研究成果作为基础数据，在应用领域还有大量的价值有待挖掘。简单地说，在已知番茄具备哪些基因的基础上，要抓紧研究这些基因的功能，并运用于育种环节，形成具备市场竞争力和自主知识产权的番茄新品种，实现从科技成果向产业发展成果的转化。
余庆辉说，要利用好这个窗口期，不仅要长期做好品种选育工作，还需要吸引更多人才，开发研究番茄基因功能，形成更多有价值的研究成果，这会对现有团队提出更加苛刻的要求。
一个好现象是，得益于长期坚持开展基础研究，并在国际知名期刊发表论文，新疆农科院加工番茄生物育种创新团队完成了一次筑巢引凤，吸引全球科研工作者来到新疆开展课题研究。
最近，在德国完成两轮博士后研究工作的刘昭军博士来到新疆农科院，很快将走上工作岗位，开展植物营养和根系生物学相关研究。
“这里开展科研的养分充足，我有十足的信心做好科研工作。”刘昭军说，丰富的基础研究成果是吸引他来新疆的主要原因，相信一定能通过未来的研究工作，在新疆农科院这片科研沃土上结出宝贵的科研成果。
吸引国际人才来疆，刘昭军并非个例。这两年，加工番茄生物育种创新团队已收到来自澳大利亚、印度等多国科研人员投来的简历，组建一支国际化的研究团队、共同开展国际前沿领域研究已不是一件遥不可及的事。
余庆辉说，2023年，新疆农科院将积极探索院企融合、院院合作等发展模式，构建科研单位与企业、科研单位与科研单位之间的协同创新格局。同时，进一步深化拓展国际合作，不断提高新疆农科院科研平台影响力与吸引力，为建设农业强区贡献科技力量。