「十年探究桃奧秘，匠心獨具破難題」。我是韓月彭，中國科學院武漢植物園果樹分子育種團隊的帶頭人，國家桃產業技術體系崗位科學家。從2010年開始，我和我的團隊便致力於桃果實品質遺傳與改良的研究，至今已十四載有余。
韓月彭，武漢植物園果樹分子育種學科組組長、研究員
（圖片來源：中國科學院武漢植物園）
桃，起源於中國，已有數千年的栽培歷史，最早的文獻記載可以追溯到【詩經】，「園有桃，其實之肴」，「桃之夭夭，灼灼其華」。晉代的陶淵明在【桃花源記】中描繪了一個世外桃源，一個與世隔絕、和平寧靜的理想社會，這一典故也讓桃花源成為理想世界的代名詞。
唐代詩人白居易的詩句「人間四月芳菲盡，山寺桃花始盛開。」 暗示人們要珍惜時光，抓住生命的每一個美好瞬間。此外，桃也常被視為長壽和不朽的象征，著名的道教傳說中，西王母的蟠桃宴就是以桃子為主題，傳說這些蟠桃需好幾千年才會成熟一次，吃了可以長生不老。
可以看出，小小的桃子，不僅是美味的水果，還在中國文化中占據重要地位，成為文學、藝術和民俗中常見的元素。桃果實富含維生素C、纖維素以及多種礦物質，對健康有益。因此，桃作為一種營養豐富、口感良好的水果，在市場上有著廣泛的需求。
隨著現代育種技術的不斷進步和發展，市場上桃品種越來越多。從果實顏色來看，有紅肉桃、黃肉桃和白肉桃；從外觀區分，有圓桃和蟠桃之別；按照果實表皮毛有無可以分為油桃（表面光滑）和毛桃（表面有毛）；依據果肉質地又可分為軟桃（溶質）和硬質桃（非溶質）；從果核與果肉的分離程度還有離核和粘核的差異……「形態學上的豐富變異表明桃具有高度的遺傳多樣性，蘊含著豐富的科學奧秘。我們的研究正是試圖揭開這些謎底，助力桃果實品質的遺傳與改良，為桃產業的健康發展貢獻自己的力量」。
紅肉桃
湖北是中國桃主產區之一，種植面積110萬畝左右，位列全國各省份的第四位，目前呈現逐年遞增的趨勢。其中，作為湖北地方品種紅肉桃因其血紅的果肉顏色和高效的抗氧化能力備受廣大消費者青睞，也引起了育種學家的高度關註。
紅肉桃，又稱血桃，根據【中國植物誌桃誌】記載，湖北的紅肉桃可能最初來源於大悟縣，不同的地方關於紅肉桃叫法也各異，包括大紅袍、小紅袍、胭脂桃、朱砂紅、狗血桃等多種稱呼。
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紅肉桃是我回國組建實驗室後遇到的第一個非常感興趣的課題，當時實驗室條件比較簡陋，經費也稀缺，所幸的是遇到了一批勤奮刻苦、勇於探索的研究生，以及熱心為我們提供研究材料的湖北省農業科學院果樹茶葉研究所何華平研究員。
一切準備就緒，解析血桃著色機理的相關課題也正式提上了日程。科研的道路上總不斷給人挑戰與驚喜，面對復雜的初步分析結果，從數千個差異表達的候選基因中找到控制血桃著色性狀的關鍵基因並非易事。
那段時間，我和學生們幾乎天天泡在實驗室裏，不斷地最佳化實驗方案和改進實驗方法，反復的查閱相關文獻和核對實驗數據，並透過與紐西蘭科學家合作，利用病毒介導的瞬時沈默技術在桃果肉中驗證候選基因的功能。
終於，課題組成功複制了調控血桃著色的 BL 基因，並向大家解釋了血桃和白肉桃的果肉為什麽會出現這麽明顯差異。這一發現不僅是我們團隊的重大突破，也是中國果樹研究領域首個透過圖位複制方法挖掘到的功能基因，推動了中國果樹遺傳學研究。
近核紅
除了血桃這種比較特殊的品種外，還有一類桃子在人們的日常生活中也比較常見，但其背後的科學問題卻鮮為人知。 在桃加工產業中，有一種「近核紅」現象，即靠近桃果核的果肉呈紅色。 這種現象對罐裝桃的生產帶來了額外的挑戰，需要對紅肉部份進行額外處理，增加了生產成本。因此，弄清楚「近核紅」性狀的產生原因，不僅是一個有趣的科學問題，更是一個亟待解決的產業需求。
我們透過遺傳學和分子生物學等實驗技術，篩選出了幾十個可能的候選基因，然後逐一驗證其功能。這是一項艱巨的工作，需要耐心和細致。透過不斷地排除和檢驗，最終，我們鑒定到調控桃果實近核紅性狀形成的重要基因，並行現其關鍵的協同因子。在它們的共同作用下，促進了調控花青素合成的「明星基因」 PpMYB10.1 的轉錄水平，從而引起近核處花青素的大量積累，導致了「近核紅」這種現象的產生，該研究成果可以為加工桃新品種的選育提供重要的理論依據和基因資源。
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「紅白花」桃
「桃花一簇開無主，可愛深紅愛淺紅」，「幸得識卿桃花面，從此阡陌多暖春」，從古至今，人們對桃花的熱愛有增無減，而二色桃則是桃花中當之無愧的翹楚。
宋代詩人邵雍也曾專門題詩贊美二色桃，「施朱施粉色俱好，傾國傾城艷不同。疑是蕊宮雙姊妹，一時俱肯嫁春風」。二色桃俗稱「紅白花」桃，該品種在一棵樹上或者一個枝條上有交替的紅色、白色和粉紅色的花，甚至有的花瓣也是紅白相間的。
為了弄清楚紅白花中出現這種「跳色」的神奇現象，我們開展了大量研究。從不同顏色花中花青素含量和種類的差異分析，到花青素合成通路上結構基因、花青素轉運蛋白的轉錄水平檢測，從比較轉錄組分析到比較蛋白組分析，學生們從開始的興奮，到中間的迷茫和無助，再到後面的驚喜與釋懷，每一步看似簡單的過程，都是多少個日日夜夜的埋頭苦幹和重頭開始換來的結果。終於，透過我們不斷的深入，弄清了產生這種雜色花的原因。
原來是控制桃花青素轉運的 Riant 基因比較「調皮」，在白花和粉花中會出現了幾個堿基的缺失或插入導致該基因的功能失活，無法正常地將花青素轉運到液泡中進行儲存，從而導致出現顏色的差異，就會形成大家熟悉的一棵樹、一個枝條或者一朵花上面能同時呈現紅色、白色和粉色的現象。
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毛桃和光滑桃子怎麽來的？
實驗中有驚喜，也少不了失落。一直以來大家都很好奇，為什麽有的桃子果面有毛，有的桃子果面光滑沒毛，果面光滑的桃子和毛桃之間到底是什麽原因導致的呢？
帶著這個有意思的生物學問題，我們團隊的一名研究生在前人遺傳學研究結果的基礎上，經過一年多的基因功能分析和驗證，找到了引起毛桃和油桃分化的關鍵候選基因，十分的開心地準備撰寫學術論文，然而就當一切準備就緒的時候，網上的一篇類似的文章悄然發表了，意大利的一位科學家也發現了這個控制油桃形成的關鍵基因。
相同的性狀，同一個基因，意味著我們學生的科研工作瞬間就變得沒有吸重力，學生很苦惱也很失落。我收拾好心情，一邊安慰著學生，一邊思索著如何將手裏的工作做的更加深入，好讓學生的工作沒有白費，也為了解油桃和毛桃的分化機制提供更加確鑿的證據。功夫不負有心人，在團隊成員的共同努力下，團隊在桃果實表面有毛和無毛的基礎上，進一步找到了導致油桃表面光亮的原因，更有意思的是，控制這兩個性狀的居然是同一個基因 PpMYB25， 它不僅控制桃果皮毛的形成，而且調控果皮蠟質的合成，其突變會導致油桃表皮光亮、無毛的特性。
圖片來源：中國科學院武漢植物園
色澤和風味品質是評價果實品質的兩個主要因素，其好壞直接影響桃子的商品價值。有機酸和可溶性糖的含量和比率是決定果實風味品質的關鍵因素。
我們團隊一直以來著力研究桃果實有機酸和可溶性糖積累的遺傳機理。中國人的口味比較喜歡偏甜，而歐美國家則是更喜歡偏酸的。基於這種生活習性的差異，東、西方在一些果樹品種的選育方面也是有著明顯的差異。中國人選育的一些桃的品種主要是高糖低酸，而西方則是高糖高酸，或者中糖高酸。這種品種之間的表型差異自然是和種植技術的高低和環境因素有關系，但是主要的原因還是由遺傳因素來決定的。
結合我們團隊近十年來保育的200余份桃核心種質材料，透過遺傳學等方法鑒定到了控制桃果實酸度和糖含量的候選基因，明確了它們是如何在桃果實中影響糖和酸的含量高低。基於這些研究結果，我們開發了一些與糖和酸性狀顯著關聯的分子標記，並透過這些關鍵的位點資訊來指導雜交後代的選擇，為優質桃品種的選育提供了技術保障。
「基礎研究的最終目的都是要服務於產業發展的」，傳統的育種方式現在逐漸的被現代育種所取代，全基因組選擇育種、基因工程改良和基因編輯等技術也終將因其明顯的優勢而走上歷史的舞台。桃的遺傳轉化是世界性難題，到目前為止還沒有高效完善的桃穩定遺傳轉化體系。「就算是硬骨頭，我們也要把這塊骨頭給啃下來」，經過五年的努力，我們嘗試了100多份不同品種的不同外植體材料，終於構建了發根農桿菌介導的桃根系遺傳轉化技術體系，得到了「轉基因根-野生芽」的復合型植株，同時成功建立了桃愈傷組織的穩定遺傳轉化體系，桃完整植株的轉化體系構建目前也正在有序進行中。
很多人問我做科研的秘訣，我想了想，其實也沒有什麽秘訣，如果非要說那可能就是堅持不懈吧。每當遇到科研難題或者瓶頸的時候，我會把自己埋進文獻中，反復思考和分析，尋找解決問題的突破口。正是這種不斷用科學前沿的知識充實自己，不斷觀察國家和產業的最新動態需求，不斷進行實驗分析總結的態度，使我們在研究中不斷取得進展。
我們的研究不僅在學術上取得了重要突破，對桃產業的發展也具有深遠的意義。基於桃風味、色澤品質的基礎研究成果，我們開發了與糖、酸含量高低緊密連鎖的分子標記，並進行了雜交親本的選擇，開展了分子標記輔助選擇育種。近兩年，我們團隊與湖北省農科院、安徽省農科院合作選育了4個桃新品種，累計套用推廣面積超過2萬畝。這些新品種不僅豐富了市場選擇，也提高了桃產業的經濟效益。
圖片來源：中國科學院武漢植物園
在桃果實遺傳與改良的研究中，我們遇到了許多挑戰，但也取得了許多重要的突破。未來，我們希望能夠實作對桃色澤和風味的自由調控。為滿足消費者的多樣化需求，大幅提升桃產業的競爭力而努力。我們將繼續深入研究，爭取在桃果實遺傳與改良領域取得更多突破，為桃產業的發展貢獻力量。
科學研究是一項長期而艱巨的工作，需要堅持不懈的努力和創新精神。在科研的道路上，我們如同辛勤的匠人，在桃園中不斷耕耘，培養了一批又一批後起之秀。但是，我們都願意作為鋪路人，把對科學研究的這份熱忱一代一代的傳承下去……
出品：科普中國
作者：韓月彭（中國科學院武漢植物園）
監制：中國科普博覽
