西瓜溯源五千年

科技無止境。即便是一只西瓜，被“科技”了也會給人類帶來很多變化。“西瓜科學家”許勇希望通過西瓜的全基因圖譜培育出一個完美的西瓜，更甜美、更脆爽、更多汁，營養物質更豐富，甚至可以作為清潔能源的來源……

掌握西瓜的“礦產分布圖”

五千年前，非洲南部炎熱干旱的卡拉哈里沙漠，生長著大片的野生西瓜，當地土著在一天的狩獵和采集活動結束之后，飽飲西瓜的汁液。在非洲干燥、荒蕪的大地中，它是當地土著和動物主要的水源。

和你我熟知的現代西瓜不同，非洲野生西瓜的皮質極其堅硬，腳踩不壞，肉白而味微苦。

五千年后，北京南郊的西瓜之鄉龐各莊，瓜農程春華切開一個中等個頭的西瓜，露出鮮紅的瓜瓤，粉色的汁水流了一地。

“這是海南運來的西瓜。”程春華比畫著。隆冬時節的北京不怎么適合西瓜的生長，程春華在她的日光溫室里，把一粒粒西瓜的種子撒進土缽，來年五月，她將會收獲大大小小，風味不一的西瓜。

這些西瓜很受歡迎，“瓜脆甜脆甜的，最好的時節，一天能賣幾千斤。”

雖然它們的性狀大小風味各異，但已經全然不是五千年前從炎熱的非洲走出來的樣子了。

北京市農林科學院蔬菜研究中心主任、國家西甜瓜產業技術體系首席科學家許勇研究員試圖解開這個謎。

作為世界五大水果之一，西瓜一直是全球重要的經濟作物和夏季消暑水果。據聯合國糧農組織統計，我國西瓜年產量占世界的67%，也是全球西瓜人均消費量最大的國家。西瓜在調整我國農業種植結構、增加農民收入以及提高人民生活水平等方面發揮著重要作用。

“西瓜原產非洲，作為一種野生物種，并無甜味。現在人們食用的西瓜都是經過馴化栽培的，已經變得脆甜。我們研究要解決的一個主要問題，就是找到西瓜變甜的奧秘。”許勇和他的團隊意識到，要想選育出好的西瓜品種，事半功倍的辦法是找到這一物種的遺傳密碼，要在西瓜功能基因組學研究上下足功夫。

“掌握了基因組序列圖譜，就好比有了礦產分布圖，今后只要按圖索驥就可以‘開礦’了。原來我們育種要靠大量的田間試驗觀察，費時費力，很多時候是靠運氣，現在通過基因組序列圖譜，能夠更加容易獲得抗病、甜味等性狀。”許勇說道。

西瓜走出非洲之后

作為國際西瓜基因組計劃的牽頭人，許勇和康奈爾大學、深圳華大基因研究院、法國農業科學院等機構的科學家一起，成功繪制了全球第一張西瓜基因組序列圖譜，打開了西瓜生命活動的黑匣子。

所有的植物在它的生長周期內所表現出來的全部的性狀—產量、大小、風味、對抗病毒的能力，都是由某一種或某幾種基因所調控的，簡而言之，基因決定了一切。

美國在上個世紀末就由白宮制定了美國國家植物基因組計劃，10年內投入了超過8億美金，對一些重要的糧食作物，比如水稻、玉米、大豆，進行基因圖譜的構建，為的是更深入地探究那些為人類所依賴的，能滿足人類各種需求的植物的奧秘。

許勇和他的團隊也意識到基因組研究的重要性，它是揭示西瓜全部奧秘的關鍵之所在。西瓜基因圖譜的繪制，揭示了現代栽培西瓜的進化歷程，非洲野生西瓜原本的21對染色體，通過復雜的斷裂和融合，進化成現代西瓜特有的11對染色體。

西瓜走出非洲后，經過無數次的自然的或人工的選擇，褪去了苦澀堅硬的外衣，口感變得更好，糖度也變得更高，變成了一種重要的經濟作物。

根據許勇和他的團隊的研究，雖然現代西瓜的商業品質在提升——產量更高，風味更好，顏色更美，但它的遺傳基礎越來越窄，野生西瓜中各種優良的基因大量丟失，制約了更高品質西瓜的培育。

重測序分析表明，大量抗病基因在從野生西瓜到現代栽培西瓜的進化和人工馴化過程中丟失。許勇據此找到了控制西瓜種植過程中最重要的幾種病害——枯萎病、炭疽病、白粉病與病毒病的基因標記。

這正是西瓜基因圖譜的現實意義，找到并恢復在數萬年的進化過程種丟失的好基因，培育出“百毒不侵”的西瓜。

根據西瓜基因圖譜，許勇和他的同事還清晰繪制了西瓜糖分的代謝與調控以及瓜氨酸代謝的基因網絡。

在這張包含了23440個基因——與人類的基因數量大體相當的基因圖譜上，你能找到幾乎所有和西瓜性狀相關的資源，產量、大小、顏色、糖分、營養成分、抗病性等。

用西瓜驅動汽車？

植物的基因組研究并不只為了滿足好奇心，更是為了滿足人類日益增長的對食物和清潔的生物能源的需求。

許勇愿意把基因圖譜比作是衛星定位圖，精確定位了控制西瓜各個性狀的基因，這些基因信息能夠極大地加快西瓜的培育速度，生產出更營養、更美味、更耐病害的品種。

實際上，他利用這張圖譜，已經培育出更棒的西瓜品種——可以削皮吃的蘋果西瓜。

通過基因調節，許勇除了讓瓜瓤變得脆甜，還精確地控制了西瓜大小，重量約在一公斤，瓜皮只有1毫米厚，因此可以像蘋果一樣削食。

“小巧可愛，特別適合居家旅行，又脆又甜，15塊錢一個，非常受歡迎。”種了16年西瓜的瓜農張世同這樣評價他的新產品，他在西瓜大棚里試驗性地種了2畝這個還來不及命名，被籠統地稱為蘋果西瓜的新品種。

除了蘋果西瓜，還有轉入抗病基因，更強壯的京欣4號西瓜。許勇所在的北京市農林科學院蔬菜研究中心所選育的京欣系列西瓜一直是華北華東市場的明星，“現在的京欣4號西瓜，在產量、抗裂性、抗病性上有一個質的飛躍，”許勇說，“我們育種家，就像調酒師，在生產者和消費者，品質和商業利益中尋找一個平衡。”

許勇也因此當選了中央電視臺2013年度科技創新人物，獲獎理由是“主持繪制完成了世界上第一張西瓜全基因組圖譜，利用這張圖先后培育出一系列抗病性強，口感好，糖度高的西瓜新品種。”

在許勇的規劃里，他希望通過西瓜的全基因圖譜培育出一個完美的西瓜，各種優良基因聚合在一個西瓜里，它可以更甜美、更脆爽、更多汁、瓜皮更綠、果瓤更紅、營養物質更豐富，瓜農和消費者想要什么，都能實現。

“現在看來還不能完全實現，當一個物種的基因組測序完成了，打開這個物種的奧秘的大門才剛剛打開而已。”許勇說。

以西瓜的甜度表達為例，西瓜果實發育的最后15天內，其果實的含糖量可以迅速提高到12%以上，許勇找到了控制西瓜變甜的核心基因，摸清了西瓜糖分代謝的輪廓，但是基因的調控細節，基因之間的相互關系，哪個基因起主導作用，還不為人知。

許勇希望摸清這些細節，將西瓜的含糖量在短時間內提高到甘蔗的水平——18%，然后利用發酵工藝將高糖分的西瓜轉化為清潔的生物乙醇，添加到汽車中，就像巴西的甘蔗制成的生物乙醇成為本國第二大能源來源一樣，開啟西瓜的新天地。