——记遵义市农业科学研究院覃成博士
本刊记者  徐 赛 

　　 也不过四百年时间，辣椒，就犹如一个横戈跃马的草莽英雄，迅速攻占了中国人的餐桌。当下，我国不仅吃辣椒的人数世界第一，种植面积和产量也是世界第一。
　　 然而，让我们感到万般尴尬的是，长久以来，我国对辣椒的基础研究与国外相比相对滞后。
　　 “如果辣椒基因组序列研究的相关知识产权都属于国外的话，那以后我们辣椒的育种和技术研究就将牢牢控制在别人手里边。”面对差距，遵义市农业科学研究院的覃成博士几乎每天都如坐针毡。重压之下，这位八零后科研尖兵，仅用了三年时间，就改写了这一局面，在一场辣椒基因解码的“跨国战争”中占得先机。

辗转难舍辣椒情

　　 有句话说“四川人不怕辣，贵州人辣不怕，湖南人怕不辣”。覃成是湖南人，2008年在贵州取得硕士学位，5年后，在四川取得博士学位。三个省份勾勒出的求学曲线，似乎暗合了他跟辣椒的不解情缘。
　　 选定辣椒作为自己研究方向，对覃成来说，其实有一些辗转。2008年，从贵州大学生物化学与分子生物学专业硕士毕业后，他进入了遵义市农业科学研究院（原遵义市农业科学研究所），从事辣椒分子育种工作。遵义市农科院是贵州省研究辣椒最重要的几个院所之一，这份工作可以说是覃成与辣椒基础研究的第一次“亲密”接触。
　　 工作中，覃成结识了四川农业大学玉米研究所杨克诚教授，通过杨教授，他感受到了四川农大强大的科研实力，决定报考该校玉米研究所的博士。2009年，如愿录取，师从潘光堂教授，攻读作物遗传育种的在职博士，开始参与玉米分子育种的相关课题。
　　 视野在一天天开拓，科研能力也在逐步提升，唯一让覃成不安的是自己的辣椒情怀。“我国辣椒基础性研究太弱了，理论的欠缺严重制约了辣椒产业的发展，同时，国外外来品种的占有率逐年提高也让我们意识到未来中国辣椒育种必须取得自己的知识产权”。
　　 此时，由于我国耕地数量有限，农民对高产高效的追求，以及土地、气候等条件的制约，辣椒多年连续种植，产量降低、品质变劣、生育状况变差等连作障碍现象日益严重，倒茬的现象十分普遍。作为辣椒的重要产区，遵义市急需科研力量解决遵义辣椒产业发展中遇到的产量低、抗病性差等问题。多方因素，让覃成下定决心，调整研究方向，转攻辣椒基因组学。
　　 提及更换研究方向的过程，覃成充满感激之情：“我特别感谢潘光堂老师给了我机会实现科研梦想，当时商量更改研究方向时，潘老师给予了我大力的支持，我把手头正在做的玉米果穗发育的调控研究暂缓，他没有丝毫责备。更重要的是，潘光堂教授、胡开林教授、张志明教授和杨克诚教授等四位指导老师严谨的学术精神影响了我，让我更喜欢上了科研，他们指导我用玉米和水稻等大宗作物的研究思维去开展蔬菜的系统研究，这是我今天能在辣椒研究中站在一定的科研高度的重要原因。”

百折不挠有心人

　　 辣椒“个性”刚烈、热情，多年之前毛泽东主席就曾经调侃到“喜欢吃辣椒的人革命性更强”。这话用来解读覃成，恰如其分。
　　 研究起步并没有想象中的顺利，财力和人力都有硬伤。遵义市农业科学研究院只是市级农科院，平台不算高，获得科技项目支撑也极为有限，一部分科研经费得靠自筹。加上辣椒基因研究项目的资金投入大，牵涉到的学科多，仅仅依靠一个单位是难以实现的。面对困境，覃成骨子里的“革命”精神显露出来了，他叮嘱自己：“想干的人永远在找方法，不想干的人才在找理由，世界上没有走不通的路，只有想不通的人。行动起来！”
　　 凭借着这份执著，覃成开始辗转各地为项目争取支持与帮助，慢慢引起了国际国内知名辣椒专家关注，华南农业大学胡开林教授、墨西哥的Rafael Rivera-Bustamante和Luis Herrera Estrella 教授、美国的Paul W. Bosland教授等纷纷加入这个项目团队，为项目研究实现突破提供了重要支持与帮助。自2011年3月开始，他代表遵义市农业科学研究院牵头，协同四川农业大学、华南农业大学、深圳华大基因和墨西哥生物多样性基因组学国家重点实验室等13家单位，开始一起联合攻关。为了确保这个国际团队顺畅的分工合作，他开始在广州、深圳、成都和遵义四地来回跑。一年的365天，不是在实验室，就是在去实验室的路上。
　　 最大的难点还不是经费和团队的问题。虽说每三个人中就有大约一个人吃辣，辣椒是重要的经济作物，但是全球对辣椒的基础研究相对都比较弱，和茄科的西红柿、马铃薯等其他作物相比更是有着显著的差距。究其原因，覃成介绍说：“这是由于辣椒的基因组大、非常复杂，辣椒基因组测序要突破三大难点：高度纯合材料获得难、基因组组装难度大、生物学故事解读难度大。”
　　 为了更好的解读基因组，挖掘辣椒这个物种最有价值的生物学问题，覃成阅读了大量的文献。全球发表的所有关于辣椒的研究论文及其他物种相关的研究成果，他都一一研读，光打印出来的资料就有1米多高。通过解读这些论文，研究团队最终选定了几大生物学问题，包括：辣椒基因组扩增的原因，这有助于解释辣椒属基因组的进化；茄科的进化，这有助于研究辣椒属在茄科及单子叶植物中的进化地位；辣椒人工选择的分子印迹的发掘，这为辣椒分子育种提供重要的基因资源；辣椒与西红柿果实发育的比较，可以获得辣椒果实成熟后仍然坚硬等生物学特性相关的候选基因，为辣椒开展分子标记辅助育种提供了重要的基因资源；参与辣椒素合成的相关基因的进化分析。
　　 方向已经选定，覃成一头扎进了项目中。在深圳进行项目攻关的两年里，他周末无休，一处景点都没逛过。此时，他才做父亲不久，却根本无暇照顾家庭。连同学都抱怨说：“好不容易一起吃个饭，覃成也边吃边说个不停，我们现在都知道遵辣1号的祖先是来自墨西哥的野生种辣椒，也知道辣椒为什么辣，为什么香，都快听成了半个专家。”
　　 功夫不负有心人，经过3年持续的努力，覃成和他的研究团队攻克了三大难题，对Zunla-1和Chiltepin两个辣椒品种进行了全基因组测序，构建了高密度的连锁图谱，并组装得到高质量的基因组精细图谱。

厚积薄发赤子心

　　 2014年3月3日，覃成作为第一作者撰写的研究论文正式发表在《美国国家科学院院刊》上。这篇论文标志着辣椒基因组序列成功解码，中国辣椒基础性研究取得重大进展，保持全球先进水平。美国农艺学会主席保罗教授评价说“中国科学家主导的高质量辣椒基因组图谱的完成，为辣椒的研究打开了新的一页。”
　　 覃成的梦想，初步实现了。
　　 在论文中，他绘制了两张精细的遗传图谱，解码了辣椒基因组的序列。明确了辣椒在茄科中的进化地位。推断出双子叶植物分化出茄科的时间几乎在15600万年之前，大概在单子叶植物和双子叶植物分开后不久，而辣椒和马铃薯、番茄分开的时间大约在3600万年以前。
　　 同时，基本探明了辣椒基因组如此大的原因。辣椒基因组大小约为3.3Gb，大约是番茄和马铃薯的4倍，其中重复序列约占81%，大量重复序列的复制是导致辣椒基因组扩增的原因。辣椒的祖先与葡萄的分化发生在大约8900万年前，经历了第一次三倍化的复制过程，另一次则发生在6000万年前，巧合的是——这段时间正是许多恐龙物种灭绝的时期。或许这两次基因组复制事件正是辣椒、番茄和马铃薯的祖先在该时期得以幸存的原因。另外，辣椒还有一次特异复制，由此估计辣椒与番茄、马铃薯的分化发生在大约2000万年前，没有证据表明在此之后经历了全基因组的复制，进一步证实了转座子元件（重复序列）的扩张是导致辣椒基因组扩增的主要原因。
　　 此外，还挖掘并鉴定得到511个候选的驯化基因，这可能为解释野生和栽培种辣椒之间的差异，同时也为辣椒分子育种提供了重要的基因资源，这些基因中有一些可能与辣椒的果实大小（产量的重要组成因子）、种子休眠缩短、抗病原体和抗逆性增强以及储存寿命增加有联系。
　　 在此基础上，一直备受关注的生物学问题“辣椒为什么会辣”也得到了解答。辣椒碱主要由辣椒素和二氢辣椒素组成，能够产生辣椒果实独特的辣味。覃成研究团队在辣椒中发现了51个参与辣椒素生物合成的基因家族，虽然这些基因家族在西红柿、土豆、拟南芥中也存在同源基因，但部分关键的基因在辣椒中有明显的拷贝数扩增。通过对不同辣度的辣椒相关转录组数据的比较分析，推测可能负责辣椒素最终合成的AT基因家族中AT3-D1和AT3-D2基因协同作用，合成并积累含量不同的辣椒素，这可能是一种与辣椒素积累相连的关键因素，可以决定不同品种辣椒的辣度。
其他一些蔬菜，如西红柿、马铃薯种也含有辣椒碱生物合成相关的同源基因，那么为何这些蔬菜中没有辣味呢？
　　 对此覃成向记者解释道，与西红柿和马铃薯AT同源基因比较，负责辣椒素最终合成的AT基因家族中AT3-D1和AT3-D2发生了保守结构域中重要氨基酸的突变，这种突变导致AT3-D1和AT3-D2基因发生了功能的变化，能够合成辣椒素并产生辣椒果实独特的辣味。我们推测这两个基因可能协同作用，决定了不同辣椒的辣度。
　　 提及这些，采访中一直极为内敛的覃成眉飞色舞地说：“辣椒是全球唯一辣的植物，富含维生素C等营养元素，果实中的辣椒素类物质不仅是调味剂，让美食家们都流连忘返，还有抗癌、消炎和减肥的效果。但是国内各地，对辣度的需求是不一样的。湖南四川等地更喜欢吃辣，越往北走，对辣的承受度一般越低，未来，通过分子标记辅助育种，各地就可以种植符合当地人口味的辣椒了。”

登高远眺穷千里

　　 在取得了一定科研成果之后，覃成又做了一个大胆的决定，构建辣椒基因组网站，将研究成果发布出来给国际同行共享。网站自建立以来，访问量已经达到20万余次，覃成也已收到了200多封咨询信。
　　 业界人士认为，现有的研究成果将促进辣椒抗性、品质等重要农艺性状基因的定位研究，为通过分子育种进行辣椒品种改良奠定基础，同时还将促进茄科植物的进化研究，以及果实发育机理等基础生物学研究，对辣椒抗病的分子育种及辣椒产业的健康发展提供了重要的理论基础，应用前景十分广阔。
　　 而此时的覃成，开始将目光转向打通上游的理论研究和下游的应用研究上。在他看来，借助基因组学的研究成果，指导辣椒分子育种，选出好的杂交品种，真正能为老百姓收入增加创造机会，科研才实现了其基本的社会价值。做好辣椒种质资源精准鉴定与评价及抗病候选基因挖掘，加速抗病分子育种，尽快解决制约贵州省辣椒产业的快速发展和转型升级的重大问题，是他义不容辞的责任。
　　 在此之外，在原有团队的基础上，他牵头组建了一个国际团队，目标直指下一步的功能基因组学研究，开展影响辣椒重要农艺性状的基因的功能验证，并承担了中墨元首确定的中墨合作协议中的“辣椒的起源和驯化”课题，通过和墨西哥开展辣椒种质资源的交流，加速中国辣椒种质资源的改良和创新，筛选优异种质资源。
　　 短短几年间，覃成在PNAS, BMC genomics, Plant biology, Int J Mol Sci等期刊发表学术论文20余篇，其中SCI就有8篇。除了最具代表的“中国辣椒基因组计划”，还作为主要研究人员参加了科技部农业转化项目、省市合作重大专项、贵州省农业攻关项目、贵州省动植物育种专项、贵州省高层次人才资助项目、遵义市重大农业攻关项目等十几项研究工作。
　　 辣椒的故事，源起自美洲，成长在欧洲。而在覃成的探索中，它的未来，已由中国改写。几年后，中国或许不再只是产量第一“辣”国，还将成为地地道道的科技第一“辣”国。