覃成博士和他的辣椒梦
“我想通过自己和团队的努力,助推中国辣椒的研究跻身世界先进水平!”这是玉米所博士覃成的科研梦想。经过在校5年的博士学习,今年毕业的他离自己的梦想已经越来越近,他作为第一作者、我校为第一作者单位发表的论文《栽培种和野生种辣椒的全基因组测序揭示辣椒属的驯化与特异性》前不久登上《美国国家科学院院刊》(PNAS)杂志。该论文标志着辣椒基因组序列成功解码,中国辣椒基础性研究取得重大进展,保持全球先进水平。
选择辣椒研究方向的三个原因
选定辣椒研究方向,对覃成来说,有一些机缘巧合。2008年,从贵州大学生物化学与分子生物学专业硕士毕业后,他到了遵义市农业科学研究院工作,从事辣椒分子育种。在工作中,结识了玉米所杨克诚老师,被杨老师的风采和我校的科研实力所吸引,决定报考我校玉米所博士。2009年起,他如愿考上了在职博士,跟随潘光堂教授攻读作物遗传育种的博士学位,刚开始做的是玉米的分子育种。不过,辣椒依然是他不忘的情怀。
“我国辣椒基础性研究太弱了,理论的欠缺严重制约了辣椒产业的发展,同时,国外外来品种的占有率逐年提高也让我们意识到未来中国辣椒育种必须取得自己的知识产权。”覃成介绍。恰在此时,遵义市又非常盼望能有科研力量解决遵义辣椒产业发展中遇到的产量低、抗病性差、无法克服连作障碍(同一种作物或者近缘作物连作以后,即使在正常管理的条件下,也会产生产量降低、品质变劣、生育状况变差的现象,这就是连作障碍)等问题。
多方因素,最终促成覃成调整了研究方向,开始转攻辣椒基因组学。“我特别感谢潘光堂老师给了我机会实现科研梦想,当时商量更改研究方向时,潘老师给予了我大力的支持,我把手头正在做的玉米果穗发育的调控研究暂缓,他没有丝毫责备。”覃成充满感激之情,“更重要的是,潘光堂老师和杨克诚老师严谨的学术精神影响了我,让我更喜欢上了科研,他们指导我用大宗作物(玉米和水稻等)的研究思维去开展蔬菜的系统研究,这是我今天能在辣椒研究中站在一定的科研高度的重要原因。”
突破辣椒基因组测序的三个壁垒
辣椒是全球分布较广的蔬菜作物,也是一个重要的经济作物。但是,全球对辣椒的基础研究相对都比较弱,和茄科的西红柿、马铃薯等其他作物相比有较大的差距。
“这是因为辣椒的基因组大、非常复杂,辣椒基因组测序要突破三大难点:高度纯合材料获得难、基因组组装难度大、生物学故事解读难度大。”覃成说。最终,经过3年持续的努力,覃成和他的研究团队攻克了这三大难题,对Zunla-1和Chiltepin两个辣椒品种进行了全基因组测序,构建了高密度的连锁图谱,并组装得到高质量的基因组精细图谱。成果发布后,引起了全世界广泛的关注,光覃成就收到了100多封咨询信,他们建立的辣椒基因组网站访问量已经达到10万余次。
“虽然看上去是3年的科研时间,实际上做了很长时间的积淀。”覃成介绍。像在选择合适的参考基因组材料时,就花费不少时间。具有一定杂合度的品种无疑会增加测序的难度和成本,为了获得纯合的辣椒材料,他们对若干自交系的品种筛选比较,最终挑选了遵义市农业科学研究院自主选育的遵辣1号(zunla-1)。遵辣1号是由覃成等主持完成选育的,经过连续12代自交后获得的,已高度纯合,杂合率只有万分之四。“连续12代自交要花6年的时间,这都需要前期的积累。”而几乎同时间由韩国研究人员完成的甜辣基因组测序,其材料杂合率为百分之四。
为了更好的解读基因组,挖掘辣椒这个物种最有价值的生物学问题,覃成阅读了大量的文献。全球发表的所有关于辣椒的研究论文及其他物种相关的研究成果,他都一一研读,“光打印出来的资料就有1米多高。”在深圳做实验的两年里,他周末无休,一处景点都没逛过。
“虽然是在职博士,但比脱产博士还要用功。”这是覃成的同学对他的评价。覃成读博士的时候,刚结婚不久,孩子出生,他都顾不上照顾。“作为丈夫、父亲,我确实不称职,几乎全部精力都在科研上,很难兼顾家庭。”说到此,覃成感觉很是对不起自己的家人。
“覃成身上最可贵的特质就是坚忍不拔的精神,他基础并不是特别好,但他热爱科研,勤奋刻苦,以极大的毅力,在研究中克服了生物信息学分析技术、英语等多方面困难,光文章前后修改就达20多次,最终取得了成功。”潘光堂教授评价。
辣椒基因组解码只是第一步
覃成介绍,辣椒连作障碍的主要症状是病毒病、疫病、青枯病等的致病病菌持续积累,导致病情加重,严重影响辣椒的产量和品质,制约了我国辣椒产业的快速发展和转型升级。应用经典遗传学、现代分子生物学技术与传统杂交育种技术相结合,将会大大提高辣椒抗病的育种效率,是解决我国辣椒连作障碍的最佳途径。故开展辣椒基因组学的基础性研究,对辣椒抗病的分子育种及辣椒产业的健康发展提供了重要的理论基础。
“未来通过分子标记辅助技术选育的辣椒,不仅可以成为人们餐桌上的食品,而且还可以成为五颜六色、形状各异的观赏辣椒、水果辣椒。”覃成展望美好前景。
毕业后,覃成又要回到遵义市农业科学研究院工作了,对于下一步的研究方向,覃成表示,“将致力于打通上游的理论研究和下游的应用研究,借助基因组学的研究成果,指导辣椒分子育种,选出最好的品种,真正为老百姓收入增加创造机会。同时,做好辣椒种质资源精准鉴定与评价及抗病候选基因挖掘,加速抗病分子育种,尽快解决制约贵州省辣椒产业的快速发展和转型升级的重大问题。”