豇豆,是江南一带夏秋常见的蔬菜,它的豆荚长度可达50~60厘米,我们喜欢食用的是它的嫩荚。
长豇豆(菜用豇豆) 浙江省农科院供图
从上世纪70年代末开始,浙江省农科院选育的“之豇”系列豇豆,就以抗病早熟和柔嫩甜糯的口感,风靡大江南北。
不过,在中国,豇豆植株特有的“长发公主”的造型,和它刚从非洲老家进入中华大地时的模样,早已大相径庭。
红豆沙不是红豆做的
2006年,浙江省农业科学院研究员李国景,接到美国加州大学河滨分校(UCR)的学术邀请,对方受比尔·盖茨基金会委托,希望他共同参与一项援助非洲的育种项目:为当地选育丰产性、抗逆性更好的粮用豇豆品种。
在豇豆的老家非洲,豇豆的表形特征,更接近于野生豇豆。
普通豇豆(粮用豇豆) 省农科院供图
它的豆荚长度一般不到20厘米,由于豆荚层口感不佳,当地人更喜欢等豆子成熟后采收,把植物蛋白含量丰富的豇豆,当做口粮来食用。
在中国,豇豆是六大食用豆作物之一,豇豆品类大致分为粮用和菜用两大类,其中鲜食口感并不理想的短荚豇豆,在粮用方面其实“前途无量”。
“之豇”系列豇豆种子 省农科院供图
它在干燥后被加工成了北方的粘豆包,南方的红豆沙,所以,红豆沙并不是红豆做的,而是比红豆籽粒更大、产量更高的豇豆种子做的。
比起中国的菜用豇豆,作为非洲人民主食的粮用豇豆,对全球粮食安全的贡献则更为积极。
豇豆家族 省农科院供图
来自联合国粮农组织官网的数据显示,全球粮用豇豆的种植面积有1500万公顷,年产量为890万吨,其中95%的产量来自非洲西部。
豇豆是非洲人的“米饭”,可是和中国领先全球的水稻育种和栽培技术相比,非洲的豇豆不管是科研育种,还是栽培管理,几乎大多没有开展系统研究和经费投入。
它是非洲人民的“米饭”
来到中国的豇豆,经过千百年的人工驯化,变成了如今兼顾菜用、粮用和饲用(豇豆秸秆)的多用途形态。
然而,在豇豆的老家非洲,把它视为主粮的人们,却一直在为它的品种退化、低产低效、病虫害等问题困扰,而这个物种的繁衍,关系的是非洲人民的饭碗。
有没有可能把非洲本土豇豆,和中国选育的“长发公主”抗病丰产豇豆杂交,为非洲选育出产量更高,抗逆性更好的粮用豇豆品种?
李国景在美国UCR选育豇豆新品种 受访者供图
2006年,在接到美方联合攻关育种邀请后,李国景和UCR专家联合启动了这项育种工程。
2008年,李国景受邀赴美,顶着美国西部炎热干燥气候,在UCR的豇豆试验田里开展科技攻关工作。前2年的杂交选育,有了“之豇”系列豇豆基因的助力,联合攻关育种小组也取得了喜人的成果。
打开电脑文件夹,李国景点开当年地里的照片说:“你看,这是我们杂交后育成的一个优株,豆荚变长了,成熟后籽粒也更饱满……”
当年,中美联合选育的粮用豇豆优株。 受访者供图
从美国回国后,李国景一直在思索一个问题,我们应该如何更好地认识地球上的物种,让它与人类更为和谐地发展?
比如“之豇”系列豇豆的成功选育,解除了豇豆病毒病泛滥的危机,但豇豆虫害的问题,在育种层面还没有很好的解决方案,我们只能通过化学或者物理的方式去控制它。
“也许,是我们对豇豆的了解还不够多。”李国景有了一个更大胆的想法,“能不能给豇豆做基因组测序?”
像人类基因测序那样,为豇豆而战
在多国科学家长达13年的努力下,2003年,人类基因组测序工作完成。
这项研究,不仅有助于揭示人类的起源和遗传背景,还为疾病研究、遗传病检测、癌症研究等领域提供了重要的科学依据和技术支持。
要像完成人类基因组测序那样,去完成豇豆的基因组测序工作,为此,李国景带领团队,开启了长达16年的科学探险。
省农科院豇豆试验田 受访者供图
夏天,浙江省农科院蔬菜所的试验田里,来自全球各地的豇豆品种竞相开花、结果。
每年,它们的家庭成员都在不断壮大,因为课题组会从全球各个国家和地区,收集新的种质资源,不断种到试验田里。
收集全球豇豆种质资源,为开展基因组测序工作打下扎实基础。2019年,在浙江省一项种质资源数字化利用专项经费的支持下,李国景团队正式开始了豇豆基因组测序工作。
发表在国际期刊的论文 受访者供图
通过几年努力,近日,团队关于“首次揭示豇豆驯化与改良的基因组选择印迹,阐明产量和品质协同提升的遗传机制”的科研论文,发表在了国际遗传学顶级期刊《Nature Genetics》上。
这项研究在全基因组水平解析了粮用豇豆和菜用豇豆的群体遗传结构、构建了基因组结构变异图谱。
团队首次阐释了豇豆驯化与改良的基因组选择特征,全面解析了豇豆产量和品质性状形成的遗传基础,阐明了豇豆产量和品质协同提升的调控机制,找到了豇豆驯化和改良过程中丢失的与产量、品质和抗逆相关的重要基因/位点,为粮用豇豆和菜用豇豆的双向改良提供了基因组工具。
不同豇豆豆荚 省农科院供图
“通过这项研究成果,我们希望能为解决地球人口持续增加导致非洲等发展中国家食物安全问题,以及改善人类膳食营养结构,提供基因组育种策略。”
为农大半生,回想起自己年轻时在加州田野种豇豆的日子,李国景觉得,作为一名中国的普通科研人员,能为全球粮食安全尽一点绵薄之力,乃吾毕生之追求。
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