李传友：揭秘番茄的智慧 敌人的敌人就是朋友

中科院遗传与发育生物学研究所研究员李传友

　　新浪财经讯 CC讲坛第22期于2017年12月3日在北京东方梅地亚中心M剧场举行，中科院遗传与发育生物学研究所研究员李传友出席并演讲。面对害虫的威胁，番茄的防御策略是：“敌人的敌人就是朋友”，一株既是水果又是蔬菜的番茄还包含着哪些令科学家着迷的奥秘？

　　以下为演讲实录：

　　李传友：我是来自于中国科学院遗传与发育生物学研究所的李传友，来给大家分享番茄的智慧。那么随着我们生活水平的提高，对蔬菜跟水果的消费是现在生活质量的一个重要的体现，也是人们在新时代对美好生活需求的一个重要组成部分。那么番茄既是蔬菜又是水果，它既富含营养又具有保健功能，因此深受人们的喜爱。那么番茄呢，它是起源于中美洲的秘鲁跟墨西哥，因为它的色泽太艳丽，就是长得太漂亮，当时人们都不敢吃，认为这是有毒的果子，被称为是“狼桃”或者是“狐狸的果实”。

　　那么直到16世纪初，哥伦布发现新大陆之后，一位英国的爵士到中美洲去旅游的时候，把番茄作为一个观赏植物带回了英国，并且把它作为爱情的果实献给伊丽莎白女王。那么又过了一个世纪，有一位非常浪漫、也是非常勇敢的法国的画家，他面对着如此诱人的番茄，他再也忍受不住了，决定冒死一试，然后他就美美地去吃了一顿，躺在床上等死了，结果没有死，因此番茄美味的故事从此之后传遍世界各地。因此今天我们能享用到美味的番茄要感谢那位勇敢的法国的画家。

　　那么大家看到的这张图，这是保存最早的在大英博物馆当中的番茄的手绘的彩图，你可以看到在同一个番茄植株上，番茄的果实有各种不同的形状，各种不同的大小，甚至颜色都不一样，因此这显然蕴含了这个画家的艺术的想象在里面。番茄引入到中国，最初是明朝万历年间，作为观赏植物引入中国的。那么作为食用，最初是到清朝末期，就是光绪年间才开始食用，因此在我国番茄也叫西红柿、洋柿子。

　　那么今天我们中国番茄的总产量居世界第一，就是占总产量的1/3以上，我们的常年的种植面积是1600万亩，产值是1600个亿，也就是说一亩地的产值是一万块钱，番茄是非常值钱的，在国民经济中占有非常重要的地位。

　　我跟番茄研究结缘是惊叹于番茄在防御病虫侵害的过程中所表现出来的这种巨大的智慧。大家可以去想一下，植物跟动物最大的不同是什么？那么我们动物能动，包括人类在内遇到危险我们可以逃跑，小白兔见到大灰狼一有动力之后拔腿就跑。那么植物它不能动，一粒种子从它落地生根到枝繁叶茂到开花结果，它一生的过程中要面临着好多好多的威胁，大家可以想象一下，风吹雨打有的时候树头折断了、树干折断了它还可以生长出来。它还会受到多种多样的昆虫的侵害，多种多样的病原菌的侵害，还有受到来自自然界的人类的这样的侵害。但是通过长期的进化过程，植物它没有被灭绝，并且作为自然界的第一生产者它提供了我们所享有的，我们所拥有的一切都来自于植物。因此从这个意义上来讲，植物它一定具有非常强大的防御这种危险的能力，一定具有非常强大的传宗接代的能力。从某种程度上来讲，这种能力是我们善于逃避的人类所不具备的。

　　这些害虫侵害植物的时候，根据它的侵害方式，可以分为两大类，一类就是所谓的这种咀嚼式的害虫，这种害虫侵害植物的时候，大家可以想象一下，伴随着非常剧烈的咀嚼伤害，另一类昆虫就相对温和，它用吸器插到植物的叶片里面，从细胞里面吸取汁液就相对温和，那么病原菌它侵害植物的时候也有两种，大体可以分为两种侵害方式，一种是所谓的死体营养性的，就是说它非常剧烈，先把细胞杀死，从死的细胞上获取营养。那么另一类就相对温和，假惺惺的，它不把细胞杀死，它要从活的细胞上来获取营养。番茄长久以来就是研究植物对昆虫，特别是咀嚼式的昆虫的防御反应的一个非常重要的模式。

　　这里不得不提一位非常伟大的教授雷恩教授，当然他在2007年已经去世了，那么他从上个世纪60年代末70年代初，他就开始用番茄来研究植物是怎么样防御这种非常凶恶的咀嚼式昆虫的侵害，那么他有一个非常伟大的发现，就发现了番茄受到昆虫的侵害之后，它可以产生一系列的与防御相关的生化物质，包括一种蛋白酶抑制剂，也就是说让虫子消化不良，这种蛋白酶抑制剂不只是在虫子侵害的那个部位产生，在没有受伤的部位、在植物全身都可以产生这种让虫子消化不良的防御反应，也就是说植物它有系统性的防御反应。因此他就提出来，一定有一个长距离运输的信号，就是植物识别昆虫要来侵害了，有一种长距离的一个信号在植物体内动，让植物全身产生防御。那么经过了20年的研究，雷恩教授认为，这个长距离运输的信号是系统素，是一个由18个氨基酸组成的一个小肽，那么这个概念就写进教科书当中去。

　　那么我在1999年，就是怀着对整个的植物对咀嚼式昆虫的防御反应这个研究领域的巨大的兴趣，因为这个方面的研究将来会有非常重要的应用前景，就是因为我们用农药来杀虫，这显然对食品安全不好，我们要研究这一个防御途径。那么我到美国去读博士后，我工作的这个实验室的老板他的导师就是刚才这一个非常著名的雷恩教授。那么在这几年期间，我跟合作者一块儿通过番茄的研究，通过克隆了好多基因，通过这个嫁接实验，证明伟大的雷恩教授他提出来的那个长距离运输的信号不是系统素，应该是茉莉酸，因此就把雷恩教授写进教科书中的这个工作模型进行了一个重大的修改，这个文章就是翻译成《美国科学院院报》给《Plant Cell》拆开去发了。伟大的科学家他有伟大的胸怀，雷恩教授看到这些研究之后，他在《美国科学院院报》上就有一个评论：这是一个新的发现，a new perception。那么这个研究当年在2002年被《科学》杂志评为动物植物包括微生物里面信号转导领域的一个重大突破。

　　番茄作为模式研究植物对昆虫的防御的时候，它有一个系统性防御的一个信号，这个信号在发布命令，并且这一个命令就是茉莉酸。其实大家对茉莉酸都很熟悉，我们享用的茉莉花茶，它的芬芳的味道就是茉莉酸，香米它的芬芳的味道就是茉莉酸，你们女士们喜欢用的香水，它的芬芳的味道也是茉莉酸。那么对人类来讲茉莉酸非常香，对植物来讲它是一个调控植物防御的一个信号分子，一个非常重要的信号分子。

　　因此2003年，我就回到了中国科学院遗传与发育生物学研究所，我们建立了茉莉家园，就是建立了实验室，叫Jasmonate family，Jasmily，然后在研究茉莉酸的信号转导途径，我们来研究对于昆虫的侵害，植物是怎么去合成这种信号，这个信号可以动，让植物产生系统性的防御。随着研究的深入，我们就发现植物太神奇了，它的防御能力实在是太强大了，它能够对不同的敌人采取不同的策略，这就是我们人类战争中，所采用的知己知彼，百战不怠。刚才讲的对于那种咀嚼式昆虫以及死体营养型的病原菌，这种侵害方式它是比较剧烈的，对于这样的一种侵害，植物由茉莉酸途径来进行防御。对于刚才讲的这种活体营养型的病原菌，就是在活的细胞中获取营养以及刺吸式的昆虫，植物用水杨酸通路来进行防御。

　　更为神奇的是，茉莉酸这一个通路跟水杨酸通路是有非常强烈的拮抗，什么叫相互拮抗？就是茉莉酸途径高了，要把水杨酸途径降下来，相反水杨酸途径高了，要把茉莉酸途径降下来。这里面到底是有什么深意？结果就发现，对于这种活体营养型的病原菌，它的特点是需要从活的细胞上获取营养，因此这个植物就把感染的部位利用水杨酸来调控这些细胞，进行程序性的细胞死亡叫细胞程序性死亡，这样的话，我把感染这个部位给死掉，就把你给饿死，这其实就是相当于在人类战争中我们所采用的焦土战略。但是大家想一下，如果你用这种细胞死亡的这种策略来防御腐生型的死体营养型的病原菌的话，会是一个什么样的结果？死体营养型的病原菌它需要从死的细胞上获取营养，如果你主动死了，那不就落入敌手了吗？因此茉莉酸途径跟水杨酸途径一定要是相互拮抗的。

　　由茉莉酸途径所介导的植物的这种防御反应，与咱们人类这种高等动物的免疫反应是有非常高的类似性。首先我们的感冒发烧反应，我们的伤口红肿反应，这是你的前列腺素在控制着这种免疫反应，就是说你感冒发烧了，其实就是你在免疫反应了。那么前列腺素跟茉莉酸从化学结构上有非常高的类似性，大家知道阿司匹林可以退烧，阿司匹林的有效成分是什么呢？就是水杨酸，就是你吃了阿司匹林之后，它阻断了前列腺素的合成，因此你就退烧了。这正是利用了水杨酸跟茉莉酸途径的这样一个拮抗作用，人类的免疫反应跟高等植物的免疫反应有非常高的类似性。

　　在植物防御这个方面，植物还利用茉莉酸，除了刚才讲的让虫子消化不良，或者是饿死虫子之外，还用茉莉酸来建立统一战线。你虫子不是来吃我吗？我用茉莉酸途径来分泌一种挥发性的物质，这样把虫子的天敌给它吸引过来，就是敌人的敌人就是我的朋友。我们跟中国科学院动物研究所的康乐院士一块在进行研究，就发现对于这种咀嚼式的昆虫，番茄可以用茉莉酸来分泌一种挥发性的物质，这样把寄生蜂来吸引过来，这个寄生蜂过来之后可以直接把虫子给吃掉，也可以在虫子的身体上给它筑巢产卵。那么有的虫子它比较狡猾，它潜伏，比方说番茄它有一种斑潜蝇，它在叶片里面打洞。大家可以看到，上面打洞之后形成了一个病斑，这个寄生虫来了以后也可以把它给吃掉。

　　除了这种非常强大的防御之外，番茄还是研究果实发育跟成熟过程的理想的一个模式，正是通过对番茄的研究，人们发现另外一个激素，大家可能听说过叫乙烯，它是调控果实成熟的一个通用的激素，那么这些知识都是从番茄当中来研究的。为什么呢？因为番茄它的基因组较小，经典遗传学的基础非常雄厚，你通过对它的研究可以来获知其他果实的奥妙，就是为什么好吃。比方说苹果尽管它好吃，但是研究起来，它是一个多年生的一个异源多倍体，不容易研究。

　　大家在生活中有一个直观的感受，包括番茄在内，几乎所有的果实在它不成熟的时候都是不好吃的，不成熟的番茄肯定是不好吃的，这是因为植物在成熟之前这个种子是还没有发育成熟，因此植物用茉莉酸这个途径来拼命地保护自己，一旦成熟了之后就是色香味俱全，引诱包括人类在内的包括虫子在内的所有的动物来把它吃掉，然后把我的后代传向四面八方。这是番茄的一个美色计或者美味计，我们人类战争中经常用美人计、苦肉计，这有类似之处。我的一个学生，茉莉家园的一个成员杨天霞她研究就发现，在这个过程当中，当开始成熟了之后乙烯不就高了吗，这个时候我需要把茉莉酸给它降下来，我就用乙烯把茉莉酸给它降解掉，这是一个一石双鸟这样一个特点。

　　因此番茄在研究植物的防御以及果实的发育跟成熟方面有如此重要的作用，所有这一些重要的作用，背后都是由它的基因来控制的，因此我们要对番茄的基因组进行测序。那么我就是作为中方联络人主导了国际茄科基因组计划，我们跟国际上14个国家的300多位科学家，经过八年抗战把番茄的基因组给它解读了，也就是说得到了番茄的基因字典。由于这个工作意义重大，因此在《Nature》上以封面文章的形式发表。大家看到这个番茄背对着大家，而且是绿色的似乎是没有成熟，这是什么意思呢？后面我会给大家讲。

　　我们有了番茄字典之后，就可以非常好的来研究茉莉酸的这一个信号通路，研究植物是怎么防御的，这样的话我们就可以用植物自身的防御来控制病虫害，这样就不用农药了。茉莉家园的另外一个成员，杜敏敏他就发现利用茉莉酸，它可以把这个防御信号进行不断的级联放大，进行激活。当我们有了番茄基因字典之后，我们还可以来培育有番茄味的番茄，比方说刚才大家看到的《Nature》封面文章的照片，其实它是一个有番茄味的番茄，它是由番茄味基因来控制的。这个番茄味基因它控制着二十多种与风味相关的生化物质的合成。为什么现在大家在市场看到的番茄不好吃了，没有番茄味了？就是因为人们在选种的过程中追求了好看而把这个番茄味基因给它丢掉了，因此好看并不一定好吃，好吃不一定好看，我们也不要被植物给骗了，我们需要非常好的向番茄学习来培育更好吃的番茄。

　　同时呢我们还可以培育更有保健功能的番茄，大家知道所有的果实都有各种各样的颜色，它是由色素来控制的，这种色素它本身对于植物来讲都具有抗氧化的能力，具有保健功能，最著名的具有保健功能的色素一个就是番茄里面的番茄红素，大家都听说过，这是一个脂溶性的，因此西红柿炒蛋有利于番茄红素的吸收。另外大家也知道蓝莓，蓝莓里面它著名的色素就是花青素，它是水溶性的，因此鲜吃有助于它的吸收。

　　大家知道番茄红素，是治疗前列腺癌的，一个特效的天然药物，不只是对男性前列腺癌、前列腺健康有用，它还可以改善心血管疾病，可以增强免疫力，还可以对女士的、包括男士，美容护肤有着非常重要的作用，尽管番茄当中，含有番茄红素，但是一般的栽培番茄当中，它没有花青素，有些野生番茄当中它有花青素，这样的话我们就可以去创制，既有番茄红素又有花青素的，番茄材料，我们去创制单纯的在果实里面，有花青素的番茄材料，这样的话，我们可以把番茄红素跟花青素，聚合在一块，来提高植物的抗氧化的能力，因此有好多科学家，在研究粮食作物，那是为了让人们吃饱，现在我们已经吃饱了，我们研究番茄是让大家吃好，希望大家多吃番茄，多吃有番茄味的番茄，多吃绿色安全的番茄，多吃具有营养保健功能的番茄，那样的话女士会更美丽，男士会更潇洒，谢谢大家！

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