黄三文：用大数据精准培育“你的菜”

黄三文（图/中国科协网）

近日，国际权威学术期刊《自然·遗传学》在线发表了“优薯计划”的最新研究成果。该研究成果由中国农科院深圳基因组研究所黄三文团队研究完成，提供了迄今最完整的杂合马铃薯基因组、最全面的马铃薯单体型比较分析，为马铃薯二倍体杂交种子早日诞生奠定了基础。黄三文与农业基因组研究的缘分从马铃薯开始，在破解黄瓜、西红柿等基因组密码，推动蔬菜基础研究进入基因组时代后，马铃薯依旧是他最关心的作物。用杂交种子替代块茎繁殖，把繁殖系数提高1000倍，这是黄三文一直在攀登的一座科学高峰。

基于多年的研究成果，黄三文先后获得国家自然科学奖二等奖、周光召基金会基础科学奖、何梁何利基金会科学与技术进步奖。今年5月30日，黄三文被授予全国创新争先奖。10月13日，他又被表彰为“深圳经济特区建立40周年创新创业人物和先进模范人物”。

“我们所做的，不是为创新而创新。我们关注的是，怎么运用农业科技手段，让老百姓吃上安全健康美味的蔬菜。”黄三文表示，这些肯定激励着他继续带领团队，利用组学大数据推动作物育种变革。

立志从农：从见证杂交水稻高产开始

1971年，黄三文出生于湖南省岳阳市，少年时期的他亲眼看到自家地里种植的袁隆平培育的杂交水稻产量翻了一番。这在他的心中播下一颗农业科技创新的种子，促使他报考北京农业大学（现中国农业大学），并成为一辈子与农作物打交道的“农科人”。

2000年，黄三文来到荷兰瓦赫宁根大学攻读博士学位，正式开始了蔬菜分子设计育种的科研旅程。

晚疫病是马铃薯第一大病害，瓦赫宁根大学当时开展马铃薯抗病基因克隆研究已有10年，一直未取得显著进展。

通过深入思考，黄三文认为失败的主因是克隆基因的方法存在问题，建议采取更可靠的图位克隆法。他的导师欣然采纳，让他放手去做。

没有基因组图谱，图位克隆基因就是一项异常艰巨的工程。别的学生工作8小时，他每天至少工作12小时。周末是他最高兴的时候——大家都休息了，他可以不被打扰地使用实验仪器了。

经过长期高强度的研究工作，黄三文与英国科学家合作建立了R3a-Avr3a基因互作系统，现已成为马铃薯晚疫病菌研究的模式体系。

大胆突破：推动蔬菜研究进入基因组时代

毕业归国后，黄三文在中国农科院蔬菜花卉研究所成立了功能基因组课题组，担任课题组长。课题组一成立就参与了荷兰组织实施的国际马铃薯基因组计划。

由于马铃薯测序材料是杂合二倍体，基因组比较复杂，构建其物理图谱非常困难。传统Sanger测序技术价格昂贵，项目进展不顺，国际协作组士气低落。

2006年，新一代测序技术NGS开始浮出水面，虽然尚无利用新技术对大基因组进行从头测序的先例，但黄三文敏锐地意识到，新一代NGS测序技术为蔬菜基因组计划带来的机会。

“与其干耗着，不如尝试用新一代测序技术测一个新的物种。”2006年底，黄三文决定用NGS做一次尝试，测序基因组较小的黄瓜。

两年时间，黄三文团队完成了黄瓜基因组测序。这是国际上第一次用NGS测序技术完成的大基因组测序工作，也是第一篇蔬菜作物全基因组分析论文，实现了我国园艺界在国际顶尖学术期刊上发表论文零的突破。

反观马铃薯基因组计划的缓慢进展，黄三文下决心另辟蹊径。

“直接测二倍体做不了，那做单倍体行不行？”黄三文团队采用全基因组鸟枪法测量和新一代测序技术，于2009年初完成了单倍体马铃薯全基因组序列图的绘制，发现了一批与块茎发育相关的基因。

2011年7月，《自然》杂志以封面论文发表了单倍体马铃薯基因组分析成果，被两院院士评为2011年度“世界十大科技进展新闻”。

黄瓜和马铃薯项目积累的成功经验，给予黄三文团队巨大的信心。随后，黄三文推动了白菜、番茄、西瓜等多种蔬菜基因组测序，推动我国蔬菜基础研究进入原基因组学时代，实现了从“跟跑者”到“领跑者”的角色转变。

顶天立地：引领基因组设计育种跨越

“基因组好比是一张地质勘探图。对农业育种而言，基因组可以让我们清晰地了解基因在进化过程中的选择、遗弃、变异情况，以及人类在品种培育中作出的努力。”黄三文认为，从事基因组研究，最终目的是为了培育拥有自主知识产权的优良品种并应用到实践中。

如果说基础研究是“顶天”，那么品种培育及产业开发就是“立地”。

从基因组走到品种培育的第一个作物是黄瓜。

115份黄瓜核心种质重测序、100多个组织的转录组测序，构建了黄瓜分子生物学研究的数据库。随后5年，团队20多个人，尝了18万多片黄瓜叶，终于找到了调控黄瓜苦味的11个基因。

黄三文（左一）和团队成员一起品尝黄瓜（图/ 中国农业科学院)

“你愿意吃苦瓜，但你绝不愿意吃苦的黄瓜。”黄三文与湖南蔬菜所陈惠明研究员紧密合作，通过杂交选育那些苦味基因失效的材料，不苦黄瓜系列品种就这样诞生了。该系列品种已在湖南、湖北、江西、浙江、福建、广东等地累计推广150余万亩（1亩≈666.7平方米），创造经济效益100多亿元。

随后，黄三文团队又合作培育出含糖量显著提高的番茄新品种，并面向新疆喀什和广西百色等地区积极开展“美味番茄”育种扶贫项目。

2017年，在原农业部的支持下，“优薯计划”正式启动，深圳基因组研究所负责基础研究，云南师范大学负责育种。2019年，他们解决了马铃薯自交不亲和的难题，获得了可直接用于育种的自交亲和的马铃薯新材料，淘汰了自交衰退基因。截至目前，他们已培育出首个概念性杂交品种——“优薯1号”。

“当马铃薯完全用种子种植时，只需2克种子就能种出一亩地的马铃薯，不仅能避免薯块种植易染病的问题，还能节约大量的土地资源和运力资源。”黄三文说。

“农业领域的科研不能停留在纸上，发表论文不是终点而应是起点。一定要把我们的研究与国家需求、地区发展及老百姓的需求结合起来。”黄三文和他的团队一直在努力着。