“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，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，传说这些蟠桃需好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。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”。
红肉桃
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，湖北的红肉桃可能最初来源于大悟县，不同的地方关于红肉桃叫法也各异，包括大红袍、小红袍、胭脂桃、朱砂红、狗血桃等多种称呼。
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红肉桃是我回国组建实验室后遇到的第一个非常感兴趣的课题，当时实验室条件比较简陋，经费也稀缺，所幸的是遇到了一批勤奋刻苦、勇于探索的研究生，以及热心为我们提供研究材料的湖北省农业科学院果树茶叶研究所何华平研究员。
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。科研的道路上总不断给人挑战与惊喜，面对复杂的初步分析结果，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和改进实验方法，反复的查阅相关文献和核对实验数据，并通过与新西兰科学家合作，利用病毒介导的瞬时沉默技术在桃果肉中验证候选基因的功能。
终于，课题组成功克隆了调控血桃着色的BL基因，并向大家解释了血桃和白肉桃的果肉为什么会出现这么明显差异。这一发现不仅是我们团队的重大突破，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，推动了我国果树遗传学研究。
近核红
除了血桃这种比较特殊的品种外，还有一类桃子在人们的日常生活中也比较常见，但其背后的科学问题却鲜为人知。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，需要对红肉部分进行额外处理，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。
我们通过遗传学和分子生物学等实验技术，筛选出了几十个可能的候选基因，然后逐一验证其功能。这是一项艰巨的工作，需要耐心和细致。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。在它们的共同作用下，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”这种现象的产生，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。
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“红白花”桃
“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”，从古至今，人们对桃花的热爱有增无减，而二色桃则是桃花中当之无愧的翘楚。
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，学生们从开始的兴奋，到中间的迷茫和无助，再到后面的惊喜与释怀，每一步看似简单的过程，都是多少个日日夜夜的埋头苦干和重头开始换来的结果。终于，通过我们不断的深入，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”，在白花和粉花中会出现了几个碱基的缺失或插入导致该基因的功能失活，无法正常地将花青素转运到液泡中进行储存，从而导致出现颜色的差异，就会形成大家熟悉的一棵树、一个枝条或者一朵花上面能同时呈现红色、白色和粉色的现象。
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毛桃和光滑桃子怎么来的？
实验中有惊喜，也少不了失落。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，果面光滑的桃子和毛桃之间到底是什么原因导致的呢？
带着这个有意思的生物学问题，我们团队的一名研究生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，十分的开心地准备撰写学术论文，然而就当一切准备就绪的时候，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发现了这个控制油桃形成的关键基因。
相同的性状，同一个基因，意味着我们学生的科研工作瞬间就变得没有吸引力，学生很苦恼也很失落。我收拾好心情，一边安慰着学生，一边思索着如何将手里的工作做的更加深入，好让学生的工作没有白费，也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，团队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，更有意思的是，控制这两个性状的居然是同一个基因PpMYB25，它不仅控制桃果皮毛的形成，而且调控果皮蜡质的合成，其突变会导致油桃表皮光亮、无毛的特性。
图片来源：中国科学院武汉植物园
色泽和风味品质是评价果实品质的两个主要因素，其好坏直接影响桃子的商品价值。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。
我们团队一直以来着力研究桃果实有机酸和可溶性糖积累的遗传机理。中国人的口味比较喜欢偏甜，而欧美国家则是更喜欢偏酸的。基于这种生活习性的差异，东、西方在一些果树品种的选育方面也是有着明显的差异。中国人选育的一些桃的品种主要是高糖低酸，而西方则是高糖高酸，或者中糖高酸。这种品种之间的表型差异自然是和种植技术的高低和环境因素有关系，但是主要的原因还是由遗传因素来决定的。
结合我们团队近十年来保育的200余份桃核心种质材料，通过遗传学等方法鉴定到了控制桃果实酸度和糖含量的候选基因，明确了它们是如何在桃果实中影响糖和酸的含量高低。基于这些研究结果，我们开发了一些与糖和酸性状显著关联的分子标记，并通过这些关键的位点信息来指导杂交后代的选择，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”，传统的育种方式现在逐渐的被现代育种所取代，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历史的舞台。桃的遗传转化是世界性难题，到目前为止还没有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，我们尝试了100多份不同品种的不同外植体材料，终于构建了发根农杆菌介导的桃根系遗传转化技术体系，得到了“转基因根-野生芽”的复合型植株，同时成功建立了桃愈伤组织的稳定遗传转化体系，桃完整植株的转化体系构建目前也正在有序进行中。
很多人问我做科研的秘诀，我想了想，其实也没有什么秘诀，如果非要说那可能就是坚持不懈吧。每当遇到科研难题或者瓶颈的时候，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，我们都愿意作为铺路人，把对科学研究的这份热忱一代一代的传承下去……
出品：科普中国
作者：韩月彭（中国科学院武汉植物园）
监制：中国科普博览