什么决定了桃子的口味和颜值？我们花了十四年才搞明白
正文共3799字，预计阅读时间约为15分钟
也可点击右上角小圆点“听全文”，用耳朵聆听知识~
“十年探究桃奥秘，匠心独具破难题”。我是韩月彭，中国科学院武汉植物园果树分子育种团队的带头人，国家桃产业技术体系岗位科学家。从2010年开始，我和我的团队便致力于桃果实品质遗传与改良的研究，至今已十四载有余。
韩月彭，武汉植物园果树分子育种学科组组长、研究员（图片来源：中国科学院武汉植物园）
桃，起源于中国，在我国已有数千年的栽培历史。最早的文献记载可以追溯到《诗经》，“园有桃，其实之肴”，“桃之夭夭，灼灼其华”。晋代的陶渊明在《桃花源记》中描绘了一个世外桃源，一个与世隔绝、和平宁静的理想社会，这一典故也让“桃花源”成为理想世界的代名词。
唐代诗人白居易的诗句“人间四月芳菲尽，山寺桃花始盛开。” 暗示人们要珍惜时光，抓住生命的每一个美好瞬间。此外，桃也常被视为长寿和不朽的象征，著名的道教传说中，西王母的蟠桃宴就是以桃子为主题，传说这些蟠桃几千年才会成熟一次，吃了可以长生不老。
可以看出，小小的桃子，不仅是美味的水果，还在中国文化中占据重要地位，成为文学、艺术和民俗中常见的元素。
事实上，从生物学角度来看，小小的桃子背后蕴藏着许多学问。
桃果实富含维生素C、纤维素以及多种矿物质，对健康有益。因此，桃作为一种营养丰富、口感良好的水果，在市场上有着广泛的需求。
随着现代育种技术的不断进步和发展，市场上桃品种越来越多。从果实颜色来看，有红肉桃、黄肉桃和白肉桃；从外观区分，有圆桃和蟠桃之别；按照果实表皮毛有无可以分为油桃（表面光滑）和毛桃（表面有毛）；依据果肉质地又可分为软桃（溶质）和硬质桃（非溶质）；从果核与果肉的分离程度还有离核和粘核的差异……
“形态学上的丰富变异，表明桃具有高度的遗传多样性，蕴含着丰富的科学奥秘。我们的研究正是试图揭开这些谜底，助力桃果实品质的遗传与改良，为桃产业的健康发展贡献自己的力量。”
“千里挑一”，解开血桃着色秘密
湖北是我国桃主产区之一，种植面积110万亩左右，位列全国各省份的第四位，目前呈现逐年递增的趋势。其中，作为湖北地方品种的红肉桃，因其血红的果肉颜色和高效的抗氧化能力备受广大消费者青睐，也引起了育种学家的高度关注。
红肉桃，又称血桃，根据《中国植物志・桃志》记载，湖北的红肉桃最初可能来源于大悟县。不同的地方关于红肉桃叫法也各异，它还有大红袍、小红袍、胭脂桃、朱砂红、狗血桃等多种称呼。
红肉桃（图片来源：作者供图）
在我回国组建实验室后，遇到的第一个感兴趣的课题就是红肉桃。但当时实验室条件简陋，经费稀缺，开展这项研究并不容易。所幸，我遇到了一批勤奋刻苦、勇于探索的研究生，同时也很感谢湖北省农业科学院果树茶叶研究所何华平研究员，在当时热心地为我们提供研究材料。
一切准备就绪，解析血桃着色机理的相关课题也正式提上了日程。初步的实验后，我们得到了复杂的分析结果，意味着我们要从数千个差异表达的候选基因中，找到控制血桃着色性状的关键基因。
显然这并非易事。那段时间，我和学生们几乎天天泡在实验室里，不断地优化实验方案、改进实验方法，反复查阅相关文献和核对实验数据。最后，在与新西兰科学家的合作下，我们利用病毒介导的瞬时沉默技术，达到了在桃果肉中验证候选基因的目的。
终于，课题组成功克隆了调控血桃着色的BL基因，并成功解释了血桃和白肉桃的果肉出现如此明显差异的原因。
这些成果成为了我们团队的重大突破，同时，研究中发现的BL基因也是我国果树研究领域首个通过图位克隆方法挖掘到的功能基因。这一科学发现极大地推动了我国果树遗传学研究。
红色“桃心”，为罐头生产带来难题
除了血桃这种比较特殊的品种外，还有一类桃子在日常生活中也比较常见，但背后的科学问题却鲜少有人思考。
在桃加工产业中，有一种“近核红”现象，即靠近桃果核的果肉呈红色，这种现象对罐装桃的生产带来了额外的挑战。因为这意味着制作桃子罐头时，人们需要对红肉部分进行额外的处理，增加了生产成本。因此，弄清楚“近核红”性状的产生原因，不仅是一个有趣的科学问题，更是一个亟待解决的产业需求。
通过遗传学和分子生物学等实验技术，我们筛选出了几十个可能的候选基因，通过不断地排除和检验，最终，我们鉴定到调控桃果实近核红性状形成的重要基因，并发现其关键的协同因子。
在这两个基因的共同作用下，促进了调控花青素合成的“明星基因”PpMYB10.1的转录水平，从而引起近核处花青素的大量积累，导致了“近核红”现象的产生。该研究成果可以为加工桃新品种的选育提供重要的理论依据和基因资源。
红肉桃与近核红的区别（图片来源：作者供图）
每个桃身上都有毛毛，但油桃怎么光光的？
作为一种形态丰富的水果，桃与桃的不同不仅体现在果肉上，还体现在外观上。
一直以来大家都很好奇，为什么有的桃子果面有毛，有的桃子果面光滑没毛？桃子果面光滑与否是什么原因导致的呢？
我们团队的一名研究生也注意到了这个有趣的问题。他在前人遗传学研究结果的基础上，经过一年多的基因功能分析和验证，找到了引起毛桃和油桃分化的关键候选基因。
就在他十分开心地准备撰写学术论文时，网上的一篇类似的文章悄然发表了——意大利的一位科学家也关注到了这个问题，并发现了控制油桃形成的关键基因。
相同的性状，同一个基因，这意味着学生的科研工作瞬间变得没有吸引力。我一边安慰着失落的学生，一边思索着如何将这方面的研究做得更加深入，好让之前的努力不至于白费，也期待着能为了解油桃和毛桃的分化机制提供更加确凿的证据。
功夫不负有心人，在团队成员的共同努力下，我们在桃果实表面有毛和无毛的基础上，进一步找到了导致油桃表面光亮的原因。更有趣的是，控制这两个性状的基因居然是同一个——PpMYB25，这个基因不仅控制着桃果皮毛的形成，并且还调控果皮蜡质的合成。因此，如果PpMYB25突变，将会导致桃表皮光亮、无毛的特性，即表现为我们平时所说的“油桃”。
（图片来源：中国科学院武汉植物园）
“淡妆”还是“浓抹”？花青素说了算
除了桃子果实，从古至今，人们对桃花的热爱也是有增无减，而二色桃则是桃花中当之无愧的翘楚。
“桃花一簇开无主，可爱深红爱浅红”“幸得识卿桃花面，从此阡陌多暖春”，宋代诗人邵雍也曾专门题诗赞美二色桃，“施朱施粉色俱好，倾国倾城艳不同。疑是蕊宫双姊妹，一时俱肯嫁春风”。
二色桃俗称“红白花”桃，该品种在一棵树上或者一个枝条上有交替的红色、白色和粉红色的花，甚至有的花瓣也是红白相间的。
为了弄清楚红白花中出现这种“跳色”的神奇现象，我们开展了大量研究：从不同颜色花中花青素含量和种类的差异分析，到花青素合成通路上结构基因、花青素转运蛋白的转录水平检测；从比较转录组分析，到比较蛋白组分析……每一步看似简单的过程，背后都藏着团队成员们无数个日夜的埋头苦干，和一次次不厌其烦的重来。
随着研究的不断深入，我们终于弄清了产生这种杂色花的原因。原来，是控制桃花青素转运的Riant基因比较“调皮”。
研究发现，在白花和粉花中出现了几个碱基的缺失或插入，导致Riant基因的功能失活，所以无法正常地将花青素转运到液泡中进行储存，从而导致出现桃花颜色的差异。表现在整个植株上，就会形成一棵树、一个枝条或一朵花上面能同时呈现红色、白色和粉色的现象。
二色桃（图片来源：作者供图）
这个产业“小目标”，我们一步步实现
色泽和风味品质是评价果实品质的两个主要因素，其中，有机酸和可溶性糖的含量和比率是决定果实风味品质的关键因素。
为了进一步提高桃子的商品价值，我们团队也一直致力于研究桃果实有机酸和可溶性糖积累的遗传机理。
中国人的口味偏甜，而欧美国家则是更喜欢酸味。基于这种口味的差异，东、西方在果树品种的选育方面也有着不同的侧重点。
中国人选育的一些桃的品种多是“高糖低酸”，而西方则是“高糖高酸”，或者“中糖高酸”。不同品种之间的表型差异固然与种植技术的高低、环境因素有关，但这种差异主要还是由遗传因素来决定的。为搞清影响桃果实酸度和糖含量的机制，我们开展了相关研究。
近十年来，我们团队保育了200余份桃核心种质材料，通过这些材料，再借助遗传学方法，我们鉴定到控制桃果实酸度和糖含量的候选基因，明确了它们在桃果实中影响糖和酸的含量高低的机制。
基于这些研究结果，我们开发了一系列与糖和酸性状显著关联的分子标记，通过这些关键的位点信息，可以指导桃树杂交后代的选择，为优质桃品种的选育提供了技术保障。
“基础研究的最终目的都是要服务于产业发展的”。传统的育种方式逐渐被现代育种所取代，全基因组选择育种、基因工程改良和基因编辑等技术也终将因其明显的优势而走上时代的舞台。
然而，桃的遗传转化是世界性难题，到目前为止还没有形成高效完善的桃稳定遗传转化体系。
“就算是硬骨头，我们也要把这块骨头给啃下来”，经过五年的努力，在尝试了100多份不同品种的不同外植体材料后，我们终于构建了发根农杆菌介导的桃根系遗传转化技术体系，并得到了“转基因根-野生芽”的复合型植株。
同时，我们还成功建立了桃愈伤组织的稳定遗传转化体系，而桃完整植株的转化体系构建目前也正在有序进行中。
遇到瓶颈，我选择“埋”进文献
很多人问我，做科研的秘诀是什么？我想了想，秘诀谈不上，但如果非要说，那就是“坚持不懈”。
每当遇到科研难题或者瓶颈，我会把自己“埋”进文献中，反复思考和分析，寻找解决问题的突破口。正是这种不断用科学前沿的知识充实自己，不断观察国家和产业的最新动态需求，不断进行实验分析总结的态度，使我们在研究中不断取得进展。
我们的研究不仅在学术上取得了重要突破，对桃产业的发展也具有深远的意义。
基于桃风味、色泽品质的基础研究成果，我们开发了与糖、酸含量高低紧密连锁的分子标记，并进行了杂交亲本的选择，开展了分子标记辅助选择育种。近两年，我们团队与湖北省农科院、安徽省农科院合作选育了4个桃新品种，累计应用推广面积超过2万亩。这些新品种不仅丰富了市场选择，也提高了桃产业的经济效益。
（图片来源：中国科学院武汉植物园）
在桃果实遗传与改良的研究中，我们遇到了许多挑战，但也取得了许多重要的突破。未来，我们希望能够实现对桃色泽和风味的自由调控，为满足消费者的多样化需求，大幅提升桃产业的竞争力而努力。我们将继续深入研究，争取在桃果实遗传与改良领域取得更多突破，为桃产业的发展贡献力量。
科学研究是一项长期而艰巨的工作，需要坚持不懈的努力和创新精神。在科研的道路上，我们如同辛勤的匠人，在桃园中不断耕耘，培养了一批又一批后起之秀。
但是，我们都愿意做“铺路人”，把对科学研究的这份热忱一代一代地传承下去……
作者：韩月彭作者单位：中国科学院武汉植物园
本文由科普中国出品，中国科普博览监制， “科普中国”是中国科协携同社会各方利用信息化手段开展科学传播的科学权威品牌。
版权说明：未经授权严禁任何形式的媒体转载和摘编，并且严禁转载至微信以外的平台！
文章首发于科学大院，仅代表作者观点，不代表科学大院立场。转载请联系cas@cnic.cn
推荐阅读
科学大院是中国科学院官方科普微平台，由中国科学院科学传播局主办、中国科普博览团队运营，致力于最新科研成果的深度解读、社会热点事件的科学发声。
转载授权、合作、投稿事宜请联系cas@cnic.cn
大院er拍了拍你：不要忘记
点亮这里的 赞 和 在看 噢~