黄瓜，百姓餐桌上再普通不过的蔬菜。中国农业科学院研究员黄三文在小小黄瓜中研究出了科学大问题，因之获得2018年度国家自然科学奖二等奖。
黄三文是黄瓜基因组设计育种理论的提出者，也是获奖项目——黄瓜基因组和重要农艺性状基因研究的第一完成人。黄瓜基因组是世界上首次破解的蔬菜基因组，成为植物进化和黄瓜遗传育种的参照基因组，实现了我国蔬菜基因组学科从“跟跑”到“领跑”的重大跨越。同时他们发现了黄瓜变苦的原因，培育出了无苦味的华南黄瓜新品种，开创了从基因组学基础科研到新产品开发的组学利用新道路。
“项目从2007年开始，到现在获奖，已经十几年了。”黄三文感触颇多，“研究成果能够得到科研界同行们的认可，更重要的是能够真正为农民服务，十多年来吃的苦我感觉很值得！”
破解黄瓜基因组
2004年，在荷兰瓦赫宁根大学留学的黄三文放弃在英国攻读博士后的机会，应邀回国从事蔬菜基因组研究。在同事眼中，他是一个极富创新性的人，喜欢做别人不敢做的事。
2006年，农科院蔬菜花卉研究所自筹经费发起和组织了国际黄瓜基因组计划，年仅35岁的黄三文成了首席科学家。获奖项目第二完成人张忠华告诉记者，2006年立项时，黄三文就提出,不仅要在国内把课题做到最好，帮助解决蔬菜生产中的实际问题，将来还要在国际上起引领作用。
说出这番豪言壮语之时，黄三文还只是黄瓜基因组研究领域的一个“新人”。
基因组研究是一个多学科交叉的大型项目，涉及生物学、生物化学、生物信息学等，极其复杂。当时全球还未破解出蔬菜作物的基因组遗传密码，黄瓜是开花植物中基因数目最少的，但也有23000多个基因，彼时基因组研究技术还比较原始，破解难度可想而知。
“困难很多，也有有利条件。当时人类基因组和水稻基因组图谱破译已完成，团队可从中借鉴。基因组研究成本非常高，黄瓜的基因组小，可以节约成本。”黄三文告诉《瞭望》新闻周刊记者，要想在科研上取得成绩，就要有做大事的勇气，有敢于迎接挑战的决心。
“基因组研究里面有一个环节叫拼接，相当于拼图。一般的拼图有500块、1000块，就已经很难拼了，我们的拼图可能有上百万块到上千万块，把它们拼成一个完整的图，非常困难。”
挑战面前，黄三文召集相关方通力合作、协同创新——合作伙伴华大基因开发了拼接算法，为了辅助拼接，还联合了中国农业大学金危危教授进行细胞遗传学方面的工作。经过两年多的努力，团队终于解读出了黄瓜的基因组，并以封面文章形式发表在《自然—遗传学》杂志上。这是建国后我国园艺科学界首次在国际高水平学术期刊发表论文。该项目还带动了其他蔬菜如马铃薯、白菜、番茄等的基因组研究。
不过这只是一个开始。吃黄瓜快吃到瓜蒂时，往往会变得非常苦，这是人类驯化黄瓜时一直未解的难题。“农业基础研究要为农业生产服务，解析出黄瓜苦味基因，为老百姓生产出优质农产品，最重要。”黄三文说道，他给自己定的任务就是利用基因组技术，提高蔬菜遗传育种研究水平，培育更好吃、更安全、产量更高的品种。
从6万株黄瓜中找到不苦的那株
2012年的夏天，黄三文团队种了6万多株黄瓜。为了找到苦味基因的突变体，黄三文试图从这6万株黄瓜中找到不苦的黄瓜植株。
“不苦的黄瓜中苦味基因是突变的。找到不苦的黄瓜植株，就能找出控制黄瓜苦味物质合成的基因。”回看这一科研方向，黄三文无疑找到了一条正确的道路，但在当时，能否找出一株不苦的黄瓜，他也没把握。
为此，黄三文和他的队员遍尝黄瓜叶子，“为了避免错觉，吃一口黄瓜叶要漱一次口，每株黄瓜都由3个人共同判断，相当于我们总共吃了18万片叶子。”连吃二十几天的时候，团队二十多人的舌头都开始麻木了。
“做工作要全心全意投入，无论受到什么挫折和困难，都要坚持下去。”最终，黄三文课题组和湖南农科院蔬菜研究所陈惠明团队一起把6万株黄瓜叶子都尝了个遍，找到了两株叶片不苦的突变体，这成为后来研究取得突破的关键。
但随后在解析苦味基因时，团队只发现了控制苦味物质合成的部分基因，其余的怎么也找不到。经过长达半年的摸索和思维碰撞，最终用一种创造性的方法找全了9个控制苦味物质合成的基因。
叶片中的苦味有非常好的抗病虫性，如何让苦味仅存于叶片中而不影响黄瓜自身的口感，却难以办到。团队研究发现，有两个“开关”基因，分别在叶片和果实中控制苦味物质的合成，如何能把果实“开关”关上不让黄瓜变苦，而把叶片“开关”打开让叶片苦来抗虫？这成了黄三文团队攻关的关键。
“找到两个苦味‘开关’基因就用了两三年时间。做基础研究需要投入巨大的精力和热情，只有真爱才能干下去。”在黄三文带领下，已成长为农科院蔬菜研究所创新团队首席科学家的张忠华感慨道。
苦尽甘来，黄三文联合陈惠明团队培育的黄瓜新品种，成功解决了华南黄瓜品种变苦而丧失商品价值的生产难题。2018年湖北省李埠镇种植了5000亩黄瓜新品种，有了近1亿元的收成。黄三文受邀参加了采收节，“以前菜农担心黄瓜变苦卖不出去，我们培育的黄瓜新品解决了这个问题。感到很欣慰，这也是我们将来持续研究的动力。”
培养农业科研“三能”队伍
2006年，作为国内第一批生物信息学博士生，张忠华从浙江大学毕业。彼时，黄三文正在组建蔬菜基因组学研究团队。
“为了‘诱骗’张忠华参加项目，我给他买了火车软卧请他来中国农科院面试。”黄三文笑道。如何组织一支精锐的人才队伍，协调一个多学科交叉的团队，这是他作为项目组织者要解决的首要难题。团队中仅黄瓜基因组论文的作者就有100名。黄瓜苦味“开关”基因的发现，背后是一个由10家单位构成的国内外合作网络。如何协调规模如此庞大的队伍，考验着团队组织者的能力。
“黄老师会把团队大方向把握得很好，在大事上发挥掌舵人的作用，又很信任团队成员，让我们尤其是年轻人发挥自身特点去闯去试，并根据团队成员的特点来激励。”团队成员尚轶评价道。
已任中国农科院农业基因组研究所所长的黄三文认为，农业科研团队要具备三个技能：第一，能下地、接地气，熟悉研究的作物，了解生产中的问题；第二，能在实验室做实验，新技术的应用对科学研究十分重要；第三，能利用计算机分析基因组大数据，发现规律性内容。
如今，他正带队开展另一项科研攻关——力争恢复番茄原来的浓郁风味。黄三文联合美国学者已开展了5年多的协同攻关。团队从嚼黄瓜叶改成了吃番茄，对几百种番茄进行了多次品尝实验。通过基因组测序和生物信息学分析，获得了控制风味的约50个基因位点，首次阐明了番茄风味的遗传基础。
相关研究成果已于2017年在《科学》杂志上以封面文章的形式发表。“我们现在正在利用基因组学知识改良番茄风味，5年之内将推出新品种。”黄三文自信地说。
