中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員李傳友

　　新浪財(cái)經(jīng)訊 CC講壇第22期于2017年12月3日在北京東方梅地亞中心M劇場(chǎng)舉行，中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員李傳友出席并演講。面對(duì)害蟲的威脅，番茄的防御策略是：“敵人的敵人就是朋友”，一株既是水果又是蔬菜的番茄還包含著哪些令科學(xué)家著迷的奧秘？

　　以下為演講實(shí)錄：

　　李傳友：我是來(lái)自于中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所的李傳友，來(lái)給大家分享番茄的智慧。那么隨著我們生活水平的提高，對(duì)蔬菜跟水果的消費(fèi)是現(xiàn)在生活質(zhì)量的一個(gè)重要的體現(xiàn)，也是人們?cè)谛聲r(shí)代對(duì)美好生活需求的一個(gè)重要組成部分。那么番茄既是蔬菜又是水果，它既富含營(yíng)養(yǎng)又具有保健功能，因此深受人們的喜愛(ài)。那么番茄呢，它是起源于中美洲的秘魯跟墨西哥，因?yàn)樗纳珴商G麗，就是長(zhǎng)得太漂亮，當(dāng)時(shí)人們都不敢吃，認(rèn)為這是有毒的果子，被稱為是“狼桃”或者是“狐貍的果實(shí)”。

　　那么直到16世紀(jì)初，哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸之后，一位英國(guó)的爵士到中美洲去旅游的時(shí)候，把番茄作為一個(gè)觀賞植物帶回了英國(guó)，并且把它作為愛(ài)情的果實(shí)獻(xiàn)給伊麗莎白女王。那么又過(guò)了一個(gè)世紀(jì)，有一位非常浪漫、也是非常勇敢的法國(guó)的畫家，他面對(duì)著如此誘人的番茄，他再也忍受不住了，決定冒死一試，然后他就美美地去吃了一頓，躺在床上等死了，結(jié)果沒(méi)有死，因此番茄美味的故事從此之后傳遍世界各地。因此今天我們能享用到美味的番茄要感謝那位勇敢的法國(guó)的畫家。

　　那么大家看到的這張圖，這是保存最早的在大英博物館當(dāng)中的番茄的手繪的彩圖，你可以看到在同一個(gè)番茄植株上，番茄的果實(shí)有各種不同的形狀，各種不同的大小，甚至顏色都不一樣，因此這顯然蘊(yùn)含了這個(gè)畫家的藝術(shù)的想象在里面。番茄引入到中國(guó)，最初是明朝萬(wàn)歷年間，作為觀賞植物引入中國(guó)的。那么作為食用，最初是到清朝末期，就是光緒年間才開始食用，因此在我國(guó)番茄也叫西紅柿、洋柿子。

　　那么今天我們中國(guó)番茄的總產(chǎn)量居世界第一，就是占總產(chǎn)量的1/3以上，我們的常年的種植面積是1600萬(wàn)畝，產(chǎn)值是1600個(gè)億，也就是說(shuō)一畝地的產(chǎn)值是一萬(wàn)塊錢，番茄是非常值錢的，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位。

　　我跟番茄研究結(jié)緣是驚嘆于番茄在防御病蟲侵害的過(guò)程中所表現(xiàn)出來(lái)的這種巨大的智慧。大家可以去想一下，植物跟動(dòng)物最大的不同是什么？那么我們動(dòng)物能動(dòng)，包括人類在內(nèi)遇到危險(xiǎn)我們可以逃跑，小白兔見(jiàn)到大灰狼一有動(dòng)力之后拔腿就跑。那么植物它不能動(dòng)，一粒種子從它落地生根到枝繁葉茂到開花結(jié)果，它一生的過(guò)程中要面臨著好多好多的威脅，大家可以想象一下，風(fēng)吹雨打有的時(shí)候樹頭折斷了、樹干折斷了它還可以生長(zhǎng)出來(lái)。它還會(huì)受到多種多樣的昆蟲的侵害，多種多樣的病原菌的侵害，還有受到來(lái)自自然界的人類的這樣的侵害。但是通過(guò)長(zhǎng)期的進(jìn)化過(guò)程，植物它沒(méi)有被滅絕，并且作為自然界的第一生產(chǎn)者它提供了我們所享有的，我們所擁有的一切都來(lái)自于植物。因此從這個(gè)意義上來(lái)講，植物它一定具有非常強(qiáng)大的防御這種危險(xiǎn)的能力，一定具有非常強(qiáng)大的傳宗接代的能力。從某種程度上來(lái)講，這種能力是我們善于逃避的人類所不具備的。

　　這些害蟲侵害植物的時(shí)候，根據(jù)它的侵害方式，可以分為兩大類，一類就是所謂的這種咀嚼式的害蟲，這種害蟲侵害植物的時(shí)候，大家可以想象一下，伴隨著非常劇烈的咀嚼傷害，另一類昆蟲就相對(duì)溫和，它用吸器插到植物的葉片里面，從細(xì)胞里面吸取汁液就相對(duì)溫和，那么病原菌它侵害植物的時(shí)候也有兩種，大體可以分為兩種侵害方式，一種是所謂的死體營(yíng)養(yǎng)性的，就是說(shuō)它非常劇烈，先把細(xì)胞殺死，從死的細(xì)胞上獲取營(yíng)養(yǎng)。那么另一類就相對(duì)溫和，假惺惺的，它不把細(xì)胞殺死，它要從活的細(xì)胞上來(lái)獲取營(yíng)養(yǎng)。番茄長(zhǎng)久以來(lái)就是研究植物對(duì)昆蟲，特別是咀嚼式的昆蟲的防御反應(yīng)的一個(gè)非常重要的模式。

　　這里不得不提一位非常偉大的教授雷恩教授，當(dāng)然他在2007年已經(jīng)去世了，那么他從上個(gè)世紀(jì)60年代末70年代初，他就開始用番茄來(lái)研究植物是怎么樣防御這種非常兇惡的咀嚼式昆蟲的侵害，那么他有一個(gè)非常偉大的發(fā)現(xiàn)，就發(fā)現(xiàn)了番茄受到昆蟲的侵害之后，它可以產(chǎn)生一系列的與防御相關(guān)的生化物質(zhì)，包括一種蛋白酶抑制劑，也就是說(shuō)讓蟲子消化不良，這種蛋白酶抑制劑不只是在蟲子侵害的那個(gè)部位產(chǎn)生，在沒(méi)有受傷的部位、在植物全身都可以產(chǎn)生這種讓蟲子消化不良的防御反應(yīng)，也就是說(shuō)植物它有系統(tǒng)性的防御反應(yīng)。因此他就提出來(lái)，一定有一個(gè)長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)男盘?hào)，就是植物識(shí)別昆蟲要來(lái)侵害了，有一種長(zhǎng)距離的一個(gè)信號(hào)在植物體內(nèi)動(dòng)，讓植物全身產(chǎn)生防御。那么經(jīng)過(guò)了20年的研究，雷恩教授認(rèn)為，這個(gè)長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)男盘?hào)是系統(tǒng)素，是一個(gè)由18個(gè)氨基酸組成的一個(gè)小肽，那么這個(gè)概念就寫進(jìn)教科書當(dāng)中去。

　　那么我在1999年，就是懷著對(duì)整個(gè)的植物對(duì)咀嚼式昆蟲的防御反應(yīng)這個(gè)研究領(lǐng)域的巨大的興趣，因?yàn)檫@個(gè)方面的研究將來(lái)會(huì)有非常重要的應(yīng)用前景，就是因?yàn)槲覀冇棉r(nóng)藥來(lái)殺蟲，這顯然對(duì)食品安全不好，我們要研究這一個(gè)防御途徑。那么我到美國(guó)去讀博士后，我工作的這個(gè)實(shí)驗(yàn)室的老板他的導(dǎo)師就是剛才這一個(gè)非常著名的雷恩教授。那么在這幾年期間，我跟合作者一塊兒通過(guò)番茄的研究，通過(guò)克隆了好多基因，通過(guò)這個(gè)嫁接實(shí)驗(yàn)，證明偉大的雷恩教授他提出來(lái)的那個(gè)長(zhǎng)距離運(yùn)輸?shù)男盘?hào)不是系統(tǒng)素，應(yīng)該是茉莉酸，因此就把雷恩教授寫進(jìn)教科書中的這個(gè)工作模型進(jìn)行了一個(gè)重大的修改，這個(gè)文章就是翻譯成《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》給《Plant Cell》拆開去發(fā)了。偉大的科學(xué)家他有偉大的胸懷，雷恩教授看到這些研究之后，他在《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上就有一個(gè)評(píng)論：這是一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)，a new perception。那么這個(gè)研究當(dāng)年在2002年被《科學(xué)》雜志評(píng)為動(dòng)物植物包括微生物里面信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域的一個(gè)重大突破。

　　番茄作為模式研究植物對(duì)昆蟲的防御的時(shí)候，它有一個(gè)系統(tǒng)性防御的一個(gè)信號(hào)，這個(gè)信號(hào)在發(fā)布命令，并且這一個(gè)命令就是茉莉酸。其實(shí)大家對(duì)茉莉酸都很熟悉，我們享用的茉莉花茶，它的芬芳的味道就是茉莉酸，香米它的芬芳的味道就是茉莉酸，你們女士們喜歡用的香水，它的芬芳的味道也是茉莉酸。那么對(duì)人類來(lái)講茉莉酸非常香，對(duì)植物來(lái)講它是一個(gè)調(diào)控植物防御的一個(gè)信號(hào)分子，一個(gè)非常重要的信號(hào)分子。

　　因此2003年，我就回到了中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所，我們建立了茉莉家園，就是建立了實(shí)驗(yàn)室，叫Jasmonate family，Jasmily，然后在研究茉莉酸的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，我們來(lái)研究對(duì)于昆蟲的侵害，植物是怎么去合成這種信號(hào)，這個(gè)信號(hào)可以動(dòng)，讓植物產(chǎn)生系統(tǒng)性的防御。隨著研究的深入，我們就發(fā)現(xiàn)植物太神奇了，它的防御能力實(shí)在是太強(qiáng)大了，它能夠?qū)Σ煌臄橙瞬扇〔煌牟呗裕@就是我們?nèi)祟悜?zhàn)爭(zhēng)中，所采用的知己知彼，百戰(zhàn)不怠。剛才講的對(duì)于那種咀嚼式昆蟲以及死體營(yíng)養(yǎng)型的病原菌，這種侵害方式它是比較劇烈的，對(duì)于這樣的一種侵害，植物由茉莉酸途徑來(lái)進(jìn)行防御。對(duì)于剛才講的這種活體營(yíng)養(yǎng)型的病原菌，就是在活的細(xì)胞中獲取營(yíng)養(yǎng)以及刺吸式的昆蟲，植物用水楊酸通路來(lái)進(jìn)行防御。

　　更為神奇的是，茉莉酸這一個(gè)通路跟水楊酸通路是有非常強(qiáng)烈的拮抗，什么叫相互拮抗？就是茉莉酸途徑高了，要把水楊酸途徑降下來(lái)，相反水楊酸途徑高了，要把茉莉酸途徑降下來(lái)。這里面到底是有什么深意？結(jié)果就發(fā)現(xiàn)，對(duì)于這種活體營(yíng)養(yǎng)型的病原菌，它的特點(diǎn)是需要從活的細(xì)胞上獲取營(yíng)養(yǎng)，因此這個(gè)植物就把感染的部位利用水楊酸來(lái)調(diào)控這些細(xì)胞，進(jìn)行程序性的細(xì)胞死亡叫細(xì)胞程序性死亡，這樣的話，我把感染這個(gè)部位給死掉，就把你給餓死，這其實(shí)就是相當(dāng)于在人類戰(zhàn)爭(zhēng)中我們所采用的焦土戰(zhàn)略。但是大家想一下，如果你用這種細(xì)胞死亡的這種策略來(lái)防御腐生型的死體營(yíng)養(yǎng)型的病原菌的話，會(huì)是一個(gè)什么樣的結(jié)果？死體營(yíng)養(yǎng)型的病原菌它需要從死的細(xì)胞上獲取營(yíng)養(yǎng)，如果你主動(dòng)死了，那不就落入敵手了嗎？因此茉莉酸途徑跟水楊酸途徑一定要是相互拮抗的。

　　由茉莉酸途徑所介導(dǎo)的植物的這種防御反應(yīng)，與咱們?nèi)祟愡@種高等動(dòng)物的免疫反應(yīng)是有非常高的類似性。首先我們的感冒發(fā)燒反應(yīng)，我們的傷口紅腫反應(yīng)，這是你的前列腺素在控制著這種免疫反應(yīng)，就是說(shuō)你感冒發(fā)燒了，其實(shí)就是你在免疫反應(yīng)了。那么前列腺素跟茉莉酸從化學(xué)結(jié)構(gòu)上有非常高的類似性，大家知道阿司匹林可以退燒，阿司匹林的有效成分是什么呢？就是水楊酸，就是你吃了阿司匹林之后，它阻斷了前列腺素的合成，因此你就退燒了。這正是利用了水楊酸跟茉莉酸途徑的這樣一個(gè)拮抗作用，人類的免疫反應(yīng)跟高等植物的免疫反應(yīng)有非常高的類似性。

　　在植物防御這個(gè)方面，植物還利用茉莉酸，除了剛才講的讓蟲子消化不良，或者是餓死蟲子之外，還用茉莉酸來(lái)建立統(tǒng)一戰(zhàn)線。你蟲子不是來(lái)吃我嗎？我用茉莉酸途徑來(lái)分泌一種揮發(fā)性的物質(zhì)，這樣把蟲子的天敵給它吸引過(guò)來(lái)，就是敵人的敵人就是我的朋友。我們跟中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所的康樂(lè)院士一塊在進(jìn)行研究，就發(fā)現(xiàn)對(duì)于這種咀嚼式的昆蟲，番茄可以用茉莉酸來(lái)分泌一種揮發(fā)性的物質(zhì)，這樣把寄生蜂來(lái)吸引過(guò)來(lái)，這個(gè)寄生蜂過(guò)來(lái)之后可以直接把蟲子給吃掉，也可以在蟲子的身體上給它筑巢產(chǎn)卵。那么有的蟲子它比較狡猾，它潛伏，比方說(shuō)番茄它有一種斑潛蠅，它在葉片里面打洞。大家可以看到，上面打洞之后形成了一個(gè)病斑，這個(gè)寄生蟲來(lái)了以后也可以把它給吃掉。

　　除了這種非常強(qiáng)大的防御之外，番茄還是研究果實(shí)發(fā)育跟成熟過(guò)程的理想的一個(gè)模式，正是通過(guò)對(duì)番茄的研究，人們發(fā)現(xiàn)另外一個(gè)激素，大家可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)叫乙烯，它是調(diào)控果實(shí)成熟的一個(gè)通用的激素，那么這些知識(shí)都是從番茄當(dāng)中來(lái)研究的。為什么呢？因?yàn)榉阉幕蚪M較小，經(jīng)典遺傳學(xué)的基礎(chǔ)非常雄厚，你通過(guò)對(duì)它的研究可以來(lái)獲知其他果實(shí)的奧妙，就是為什么好吃。比方說(shuō)蘋果盡管它好吃，但是研究起來(lái)，它是一個(gè)多年生的一個(gè)異源多倍體，不容易研究。

　　大家在生活中有一個(gè)直觀的感受，包括番茄在內(nèi)，幾乎所有的果實(shí)在它不成熟的時(shí)候都是不好吃的，不成熟的番茄肯定是不好吃的，這是因?yàn)橹参镌诔墒熘斑@個(gè)種子是還沒(méi)有發(fā)育成熟，因此植物用茉莉酸這個(gè)途徑來(lái)拼命地保護(hù)自己，一旦成熟了之后就是色香味俱全，引誘包括人類在內(nèi)的包括蟲子在內(nèi)的所有的動(dòng)物來(lái)把它吃掉，然后把我的后代傳向四面八方。這是番茄的一個(gè)美色計(jì)或者美味計(jì)，我們?nèi)祟悜?zhàn)爭(zhēng)中經(jīng)常用美人計(jì)、苦肉計(jì)，這有類似之處。我的一個(gè)學(xué)生，茉莉家園的一個(gè)成員楊天霞她研究就發(fā)現(xiàn)，在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，當(dāng)開始成熟了之后乙烯不就高了嗎，這個(gè)時(shí)候我需要把茉莉酸給它降下來(lái)，我就用乙烯把茉莉酸給它降解掉，這是一個(gè)一石雙鳥這樣一個(gè)特點(diǎn)。

　　因此番茄在研究植物的防御以及果實(shí)的發(fā)育跟成熟方面有如此重要的作用，所有這一些重要的作用，背后都是由它的基因來(lái)控制的，因此我們要對(duì)番茄的基因組進(jìn)行測(cè)序。那么我就是作為中方聯(lián)絡(luò)人主導(dǎo)了國(guó)際茄科基因組計(jì)劃，我們跟國(guó)際上14個(gè)國(guó)家的300多位科學(xué)家，經(jīng)過(guò)八年抗戰(zhàn)把番茄的基因組給它解讀了，也就是說(shuō)得到了番茄的基因字典。由于這個(gè)工作意義重大，因此在《Nature》上以封面文章的形式發(fā)表。大家看到這個(gè)番茄背對(duì)著大家，而且是綠色的似乎是沒(méi)有成熟，這是什么意思呢？后面我會(huì)給大家講。

　　我們有了番茄字典之后，就可以非常好的來(lái)研究茉莉酸的這一個(gè)信號(hào)通路，研究植物是怎么防御的，這樣的話我們就可以用植物自身的防御來(lái)控制病蟲害，這樣就不用農(nóng)藥了。茉莉家園的另外一個(gè)成員，杜敏敏他就發(fā)現(xiàn)利用茉莉酸，它可以把這個(gè)防御信號(hào)進(jìn)行不斷的級(jí)聯(lián)放大，進(jìn)行激活。當(dāng)我們有了番茄基因字典之后，我們還可以來(lái)培育有番茄味的番茄，比方說(shuō)剛才大家看到的《Nature》封面文章的照片，其實(shí)它是一個(gè)有番茄味的番茄，它是由番茄味基因來(lái)控制的。這個(gè)番茄味基因它控制著二十多種與風(fēng)味相關(guān)的生化物質(zhì)的合成。為什么現(xiàn)在大家在市場(chǎng)看到的番茄不好吃了，沒(méi)有番茄味了？就是因?yàn)槿藗冊(cè)谶x種的過(guò)程中追求了好看而把這個(gè)番茄味基因給它丟掉了，因此好看并不一定好吃，好吃不一定好看，我們也不要被植物給騙了，我們需要非常好的向番茄學(xué)習(xí)來(lái)培育更好吃的番茄。

　　同時(shí)呢我們還可以培育更有保健功能的番茄，大家知道所有的果實(shí)都有各種各樣的顏色，它是由色素來(lái)控制的，這種色素它本身對(duì)于植物來(lái)講都具有抗氧化的能力，具有保健功能，最著名的具有保健功能的色素一個(gè)就是番茄里面的番茄紅素，大家都聽(tīng)說(shuō)過(guò)，這是一個(gè)脂溶性的，因此西紅柿炒蛋有利于番茄紅素的吸收。另外大家也知道藍(lán)莓，藍(lán)莓里面它著名的色素就是花青素，它是水溶性的，因此鮮吃有助于它的吸收。

　　大家知道番茄紅素，是治療前列腺癌的，一個(gè)特效的天然藥物，不只是對(duì)男性前列腺癌、前列腺健康有用，它還可以改善心血管疾病，可以增強(qiáng)免疫力，還可以對(duì)女士的、包括男士，美容護(hù)膚有著非常重要的作用，盡管番茄當(dāng)中，含有番茄紅素，但是一般的栽培番茄當(dāng)中，它沒(méi)有花青素，有些野生番茄當(dāng)中它有花青素，這樣的話我們就可以去創(chuàng)制，既有番茄紅素又有花青素的，番茄材料，我們?nèi)?chuàng)制單純的在果實(shí)里面，有花青素的番茄材料，這樣的話，我們可以把番茄紅素跟花青素，聚合在一塊，來(lái)提高植物的抗氧化的能力，因此有好多科學(xué)家，在研究糧食作物，那是為了讓人們吃飽，現(xiàn)在我們已經(jīng)吃飽了，我們研究番茄是讓大家吃好，希望大家多吃番茄，多吃有番茄味的番茄，多吃綠色安全的番茄，多吃具有營(yíng)養(yǎng)保健功能的番茄，那樣的話女士會(huì)更美麗，男士會(huì)更瀟灑，謝謝大家！

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