周末人物丨李传友：破解番茄“再生”密码

不久前，山东农业大学传来好消息：生命科学学院院长李传友教授，因在植物系统性防御与可塑性发育机理研究领域的突破性贡献，荣获国际知名的“洪堡研究奖”。

这是德国颁发给外国学者的最高荣誉，是国际科研界公认的顶级桂冠之一。

自1999年在大洋彼岸第一次开启对番茄受伤反应的研究以来，李传友与番茄已经打了半辈子的交道。2002年推翻美国权威、修正教科书理论，2012年主导破译番茄基因组，2024年发现植物再生的“原初信号”，他的每一步，都踩在了植物科学发展的脉搏上。

二十六年磨一剑，破解植物“再生”密码

在植物界，存在一个普遍的现象——“适应性补偿”。如果一个品种的产量高，它的抗虫、抗病等抗性往往就会降低；而当抗性提高后，产量又会下降。如何在育种的过程中打破这种此消彼长的负相关，实现产量和抗性的协同提高？

要想打破“魔咒”，必须先搞清楚植物是如何面对各种逆境进行免疫应对的。

“遇到危险时，动物可以逃跑甚至反抗，但一株不能移动的番茄该怎么办？”李传友指着办公桌上的一盆绿植，向记者提出了这个看似简单、实则深奥的问题。因为无法逃避伤害，植物在漫长的进化中，练就了令人叹为观止的应对机械细胞损伤的能力。它们不仅能快速激活防御反应，还能轻松自如地进行组织修复和器官乃至整个生命体的再生。

时间回到1999年，怀揣对“植物对病虫的防御反应”的浓厚兴趣，李传友申请到了位于美国密歇根州立大学的美国能源部植物研究实验室，开始从事博士后研究。

这个实验室是美国植物学研究的高地，而他的“导师的导师”，正是该领域绝对的权威、被誉为“植物防御研究之父”的克拉斯·瑞恩教授。1976年，瑞恩教授首次在番茄中发现了植物的系统性防御现象。

“系统性防御现象是什么？简单来说，一个叶片被昆虫咬伤后，不仅在这个受伤的叶片上，所有没有受伤的叶片都会产生一种与防御相关的蛋白酶抑制剂，抑制昆虫体内消化酶的活性，让虫子消化不良，达到抗虫的目的。”李传友说。

  20年后，瑞恩教授进一步发现，这种防御是由一种叫“系统素”的18个氨基酸小肽作为长距离运输信号分子来调控的。

然而，年轻的李传友在实验中发现，这个当时被写进美国教科书当中的结论似乎错了。他坚持自己的思路，以番茄为模式系统，通过基因克隆，设计嫁接实验，最终证明这个在系统性抗性反应中进行长距离运输的信号分子不是系统素而是茉莉酸，而系统素的作用，是在受伤部位将茉莉酸的浓度“点燃”到引起系统性反应的阈值。

2002年，在合作导师的建议下，李传友将成果拆成两篇文章，分别发表在《美国科学院院报》（PNAS）和生命科学领域顶级刊物《Plant Cell》上，一经发出便震惊了学界，这项工作在当年被《科学》杂志评为“年度重要突破”。瑞恩看到成果后，展现出了科学家的胸怀，在《美国科学院院报》上专门发表评论：“这是一个新的发现。”

2003年，李传友回国后来到中国科学院遗传与发育生物学研究所，建立起实验室“茉莉家园”，主要研究植物激素茉莉酸的生理功能及作用机理。如今，李传友自豪地说，“茉莉家园”的植物生命科学研究水平依然是世界领先。

除了植物的防御应对机理，摆在李传友面前的，还有第二个问题：如何打破作物遗传转化效率的基因型依赖性？

在植物育种过程中，要用到很多革命性的技术。拿基因编辑技术来说，就是将这把“锋利的剪刀”准确递送到植物细胞里，精准对目标基因进行编辑。李传友说，大多数农作物的再生能力很低，导致遗传转化效率低，让“剪刀”难以被精准递送，制约了多数资源植物或农作物的遗传改造，因此要提高作物的产量、品质和抗性，需要明确植物的再生机制。

“以前，科学家在研究植物受伤反应时有非常大的局限性。在防御方面，人们通常只关注受伤后抗性反应是如何激活的，却忽略了植物是怎样维持免疫的稳态防止过度免疫的。另一个更大的遗漏是受伤之后植物的组织修复和器官再生过程，这个过程和防御反应一样，是植物受伤反应密不可分的两个方面。”李传友说。

“产量跟抗性如何协同提升？如何打破作物遗传转化效率的基因型依赖性？多年来，我们以番茄为模式来研究植物的受伤反应机制，要回答的就是这两大基础生命科学问题，靶向去击破。”李传友说。

2024年，李传友团队在植物再生领域研究取得重要成果，团队研究发现，细胞受伤而产生的再生因子REF1，是引发组织修复和器官再生的原初受伤信号分子。“通过分析突变体，我们找到了控制植物组织修复和器官再生的再生因子，特别是在大豆、小麦、玉米等重要的农作物上，可以非常便捷地提高遗传转化效率，打破基因的依赖性。”

2005年，《科学》杂志为庆祝创刊125周年，邀请全球科学家评选并发布了“125个最具挑战性的科学前沿问题”，在其中又遴选出25个最为重要的科学问题，“什么控制着器官的再生”就是其中之一。

“再生因子的发现，就是回答了这样一个问题。”李传友说。

“硬”番茄 “软”情怀

为什么选择以番茄为模式研究？李传友说，番茄实在是一种特殊的作物。

从基础研究来看，研究番茄可以为研究苹果、梨这类以果实为目标收获器官的作物提供指导。从产业发展来看，“目前，我国番茄总产量占世界的1/3以上，种植面积1600万亩以上，产值超过2000亿元，番茄产业具有很高的经济效益。”李传友说。

番茄起源于南美洲安第斯山脉，明朝万历年间，它通过丝绸之路作为观赏性植物传入中国。直到晚清，番茄才真正被当作蔬菜食用，这也是它被称为“洋柿子”的由来。

“我国不是番茄的原产国，现在市场上高端的番茄品种都是依赖进口，在种源方面存在比较严重的‘卡脖子’问题。”李传友说，长期以来，为了迎合储运和经销商的需求，市面上的品种多为果实硬度高、抗病性好的品种，但代价却是牺牲了口感，“大家都感到现在的品种没有‘番茄味’了。”

更严峻的是，国际上优质品种被垄断，国外某串收番茄品种一粒种子可以卖到20元，价格堪比黄金。

“目前，从番茄生产现存的两个痛点来看，一是种源的匮乏，二是基因鉴定能力低下。过去，我一直以番茄为模式做基础研究，我认为自己已经具备从种质资源当中寻找基因在育种中应用的最基本的能力。”李传友说，“团队已经把育种前端的基础研究做到了世界领先，接下来就要面对引领产业的问题，一定要把种源的自主权控制起来。”

育种中所需要的好吃、抗病的优良性状均来自最初的种源。2003年，回国伊始，李传友参与组织实施了“国际茄科基因组计划”。从2003年到2012年近十年的时间里，来自14个国家的300多位科学家对栽培番茄以及其“祖先”醋栗番茄的基因组进行了精细解读，获得了番茄的“基因字典“，下一步就可以根据育种需求“定点”找基因。

李传友团队还深入探究了番茄“硬”的秘密。超市里的番茄酱原料，用的是专门的加工番茄，个头小、皮硬肉实，哪怕完全熟透，被大型收割机直接扔进卡车也不会损坏。而常吃的鲜食番茄必须提前采摘，在完全成熟前就得装箱。和加工番茄比起来，鲜食番茄能不能也硬实一点，方便储存和运输，同时还不失去那份香甜？

李传友团队给出了答案。他们发现，美国专家选育出的椭圆形番茄，跟第8号染色体上一个叫fs8.1的基因点突变密切相关，这个基因的突变让果实变成了鸡蛋形，耐压力显著增强。利用基因编辑技术，李传友团队在圆形的鲜食番茄中敲除了这个基因，结果，鲜食番茄也变得抗挤压、耐储运，而且可溶性糖、有机酸、番茄红素等品质指标没有受任何影响，真正实现了“硬实与香甜”的统一。

2023年，为抢占番茄基础研究与应用研究的国际前沿，打造“泰山番茄”品牌，山东农业大学与泰安市人民政府、肥城市人民政府合作共建“泰山番茄创新研究院”。

走进种苗研发中心，一排排现代化的智能温室在阳光下熠熠生辉。“这里不仅仅是把‘种子’变成‘苗子’推广给种植户，同时也承担了研发团队育种后期的实验过程，是科技成果转化的孵化基地。培养出的品种既要性状稳定，还要确保适应不同产区的气候环境。”泰山番茄创新研究院种苗中心负责人王新双告诉记者，一粒种子从实验室“走”到田间地头，平均需要7年的时间。

“育种过程要兼顾消费者和种植户的诉求。”李传友说，从消费者的角度，要培育好看好吃的品种；从种植角度，要做到轻简化栽培，省工省力。

平度一位种植户去年抱着试一试的心态，从种苗中心领了200株“泰番1号”品种种苗试种。结果让他惊喜不已：结出的果实硬度好，口感甜，在抗性和品质上都超过了之前种的国外高端品种“瑞拉”，打理起来也方便。今年，他毫不犹豫地扩种了四个棚，质量和产量都超出了预期。

“当前我们研发出了多种能够对标世界标杆品种的代表性品种，以价格高昂的串收番茄为例，团队研发出的‘泰番玲珑珠’连续坐果能力强，风味浓郁，长季节栽培模式下可采收39穗，已经赶超国外品种。”李传友自豪地介绍。

目前，种苗研发中心运转一年已实现盈利。截至今年11月底，种苗研发中心在全国范围内共销售种苗3600万株、种子2000万粒。一株株种苗，承载着“中国芯”的希望，正被运往大江南北的田间地头。

从“地瓜之问”到国际洪堡奖

无论走到哪里，李传友的身上总带着一种质朴的气息，这源于他刻在骨子里的出身和记忆。

“我出生在一个叫西峪村的小山村，我的父亲是一个农民，而且是一个非常出色的农民。”李传友回忆起家乡，语气柔和。

西峪村三面环山，只在东南角留有一个开口，十分封闭。“印象最深刻的是帮父亲翻地瓜秧。”李传友说，“我在前面把地瓜秧翻开，他在后面锄地。我发现，在锄地的过程中会把地瓜的表层根系破坏掉。”

他问父亲，根都锄断了，地瓜还能活吗？

父亲告诉他，这是祖辈传下来的增产方法，虽然背后的道理他讲不出，但一直以来都是这么做的。

“为什么地瓜‘受伤’后会增产？”年幼的李传友，心里埋下了一粒关于“再生”的种子。

在村里，父亲是公认的种田能手。“扬场”这个工作，没有人能比李传友的父亲做得更好。“我清楚地记得，他扬起的麦粒是一道完美的抛物线。”李传友用手比划着。高考后李传友进入山东农业大学。“以平时的成绩我应该能上北大的，因此入学第一年非常沮丧，对父母也心怀愧疚。”那是一段迷茫的日子。在一次语文课上，李传友把高考失利的经历写到了作文中，课后，老师杨棣专门找李传友谈了心。“老师说，我高中一起学习的同学有的考上了北大、同济这些名校，如果我一直沉浸在痛苦中，只能失去更多。”大二一开学，他参加了学生干部竞选，积极融入班级，学习、活动等各方面都开始努力。

大学里，教授都是当时农学领域的“大拿”。著名的余松烈院士在小麦精播高产栽培技术里提出了一项非常重要的增产措施——深耘断根，在入冬之前及小麦开始返青拔节的时候锄地，把表层的根断掉，就可以促进根系往深里长。

这与他童年时翻地瓜秧的经历互相印证。“那时候，就更坚定了我要去了解这背后科学道理的信念。”李传友说。

1994年7月，李传友硕士毕业，选择留在山东农业大学农学院遗传育种教研室。1996年，他考上了中科院遗传所的博士，儿子出生第82天，他便踏上了去北京的列车。怀着对植物受伤反应的极大兴趣，1999年，李传友在美国密歇根州立大学的一间实验室里开启了博士后的学习生涯。

“如果我留在中科院遗传所做基础研究，一定可以做到世界领先。2023年我选择全职回到山东农业大学创建泰山番茄创新研究院，是出于使命担当。”李传友说，“如果我不去做这件事，没有人能去做。”

科研的路，从来不是一个人的独行。李传友深知团队的力量。

李传友团队里，人员构成清晰而高效。一部分人专注基础研究，另一部分人则专门搞育种，将研究成果转化为实际的品种。这种分工，正是为了应对一个现实问题：当前国内大多数番茄育种研究规模较小，类似“家庭作坊式”，多是跟踪国外的品种。

“需要利用团队的整体优势，特别是在种质资源搜集以及重要基因挖掘鉴定方面的深厚积累，来拓宽遗传多样性。单纯拿国外品种进行分离跟踪，很难有真正的突破。”李传友说。

目前，通过系统研究，团队已经形成了5大类高端番茄品种矩阵，包括菜用番茄、水果番茄、樱桃番茄、果菜兼用番茄以及长季节栽培专用番茄等多个核心类型。未来，更多具有自主知识产权的“泰番”系列新品种将源源不断地涌现。

“我回到山农大，除了要继续做好基础研究，还要在产业育种上做到领先。我们的目标是立足泰安，引领山东，辐射全国，振兴番茄种业和产业。”李传友说，目前国内学术界提起辣椒育种，首先是湖南的邹学校院士，黄瓜产业作出突出贡献的是天津农科院的马德华研究员，“而提起番茄产业，希望大家第一个能想到的，是山东农业大学我们的团队。”

（大众新闻记者 曹儒峰 刘姝彤 通讯员 张钦龙 赵秀明 于洋）