Cell | 20年磨一剑!山东农业大学李传友教授团队解锁番茄“超能力” 背后故事
- 2026-04-24 13:29:33
这颗中国番茄何以实现高端突围
山东农业大学李传友教授团队破解植物再生与防御密码，培育出高端番茄品种矩阵
作为国内引进的主流高端番茄品种之一——法国Saopolo番茄的种子，一颗就要18元。山东农业大学李传友教授团队培育的“泰番玲珑珠”，不仅产量和品质可以媲美Saopolo番茄，而且价格还不到它的五分之一。
这不仅是价格的差距，更是一场高端种业的“突围战”。如今，李传友团队已培育出可替代进口的“泰番”系列高端番茄新品种30余个，形成了国产高端番茄品种矩阵。
前不久，因其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，李传友获国际知名的“洪堡研究奖”。这个奖，标志着中国科学家在作物育种基础研究领域，已经站在了国际学术前沿。顶级荣誉！祝贺，山东农业大学李传友教授
找到开锁的钥匙
“全世界搞育种的，都卡在两个‘硬骨头’上。”采访中，李传友开门见山，“一是产量和抗性‘打架’，高产的不抗病，抗病的低产;二是小麦、玉米、大豆这些主粮再生能力弱，基因编辑再好也用不上。”
这两道难题，像两把锁，被他用“一颗番茄”一一解开。李传友找到的，正是开锁的钥匙。
第一把钥匙，叫“免疫稳态”。
李传友介绍，植物的免疫系统和人类有点像。感染了，要启动防御;敌情解除了，要适时刹车。刹车不灵，就会过度免疫——就像有些感染疾病的重症患者，很多不是被细菌或病毒杀死，而是被自己的免疫反应“烧”死的。
“植物比人聪明。”李传友说，“它不能动，天天被虫子咬、被病菌侵，可它从来没把自己‘烧’死。它有一套精确的刹车系统。”
根据国外研究成果，植物存在系统性防御现象，其中，发挥关键作用的有两个因子——系统素和茉莉酸。但对于它们如何发挥作用及其作用机理是什么，学术界一直没有研究清楚。
经过20余年的研究，李传友团队鉴定到了系统素有两个受体SYR1和SYR2.它们作为受伤程度的感受器：一个当油门，启动防御;一个当刹车，终止免疫。油门踩多大，刹车就配多灵。把这两样调好了，产量和抗性就能一起往上走。
第二把钥匙，是被称作“再生指挥官”的再生因子REF1.
2024年5月22日，国际顶级期刊《Cell》发表了李传友团队的研究成果。他们发现了一种叫REF1的再生因子，植物受伤后，它会像指挥官一样发令：启动修复。
中国科学院院士种康评价：“该研究对细胞分化与再生领域的基础科学研究和生物技术应用都具有突破性意义。植物再生因子REF1的发现和利用，对我国用好基因编辑这把‘剑’，打赢种业翻身仗、加快国家生物育种产业化步伐意义重大。”
挑战导师的导师，从“失败”里捡到宝
这两把钥匙是如何找到的?
20世纪70年代，美国科学家瑞恩教授用番茄做研究，发现了一个现象：一片叶子被虫咬了，整株番茄都会产生一种让虫子消化不良的蛋白。他把这叫做“系统性防御”。
1991年，瑞恩教授找到了传递信号的物质，给它取名“系统素”。
他认为，系统素是那个送信的“信使”，植物受伤后，它从受伤部位出发，跑遍全身下达防御指令。而另一种物质“茉莉酸”，只在受伤部位起作用。
这个结论，写进了美国的教科书。
年轻的李传友在博士后期间，恰好进了瑞恩教授学生的实验室。读到这个理论后，他决定亲手验证一下。
“实验数据一遍遍告诉我，这个结论不对。”李传友说。他做了一个嫁接实验，结果证明，真正跑长途送信的，不是系统素，是茉莉酸。系统素确实重要，但它只在受伤部位发挥作用，它的任务是增强茉莉酸的合成。
他把结果写成论文发表。发表后，瑞恩教授看到了，并在美国科学院院报上发了篇评论，公开说这是一个新发现。
2003年，李传友回国，在中国科学院遗传与发育生物学研究所建起自己的实验室。因为研究茉莉酸，他给实验室取了个名字，叫“茉莉家园”。
“茉莉家园”里，有一堆防御反应出问题的突变体，是他们攒了二十年的“家底”。没想到这些外人眼中的“破烂”，后来会派上大用场。
当时，团队想找再生因子。如果直接用遗传学方法筛再生的突变体，筛一轮要花很长时间，根本“筛不动”。
李传友换了个思路。他琢磨：植物受伤后，一边要防御，一边要再生。这两个事是同时发生的，分不开。那如果一个突变体再生出毛病，它的防御是不是也有毛病?
顺着这个逻辑，他翻出了那些防御有缺陷的突变体。
“从防御缺陷的突变体入手，去找再生也发生缺陷的。”李传友说。
果然，他们筛到了一个叫spr9的突变体——防御有问题，再生也有问题。
实验“做不出来”，本身就是答案
这时候，一个叫杨文韬的博士生站了出来。她负责对突变体做遗传互补验证。按理说，把基因转回去，突变体应该恢复正常。可她怎么试都不行——换培养基，不长;调温度，不长;换光照，还是不长……
2020年5月，李传友主动问起实验进展。杨文韬憋了半天，终于开口：“老师，我这个基因……可能分离错了。”
“怎么错了?”
“我做不出转基因来，没法做遗传互补。”
“这就对了!”李传友一听，眼睛亮了，“spr9就是编码再生因子的基因!它功能没了，植物就彻底丧失再生能力，当然做不出转基因来。这不就是我们找了十几年的东西吗?”
原来，实验“做不出来”，本身就是答案。
实验室里的年轻人一代接一代。有人接着再生往下做，有人盯着抗病往前拱。
晁瑜是2021级直博生，研究再生的精细调控;刘浩峰是2023级博士生，手里有个对青枯病高抗的材料，正琢磨怎么把抗性基因找出来、用到生产上。
文章被接收那天，晁瑜记得特别清楚：“早上来的邮件，当天上班，实验室里就传开了，大家都特激动。高兴的同时，也觉得李老师这么多年的心愿，终于实现了。”
李传友常说一句话：“做研究的过程中，要讲自己喜欢的结果，更要善于去讲自己不喜欢的结果。不喜欢的结果，往往有两种可能，一种可能是做错了，更多的时候，意味着创新性很强。”
这话，他的学生都记得。
如今，李传友带领团队从番茄里找到的“金钥匙”，正在打开更多农作物生物育种的大门。国内做小麦的、做玉米的、做大豆的，已经在用他们发现的再生因子，提高育种效率。
继Cell后，山东农业大学李传友教授团队在Cell子刊发表研究成果！发现植物过度免疫的“刹车”机制
