茄果类作物栽培研究的新成果
（一）研究番茄栽培的新信息
1．番茄育种探索的新进展
首个番茄单倍体诱导系创建成功。2021年12月，中国农业大学陈绍江教授领衔的国内外单倍体育种技术研究团队，在《植物生物技术杂志》上发表论文称，他们首次建立了番茄单倍体诱导系统，为创建单双子叶作物通用的跨物种单倍体快速育种技术体系奠定基础。
研究团队在克隆玉米单倍体关键诱导基因ZmDMP的基础上，发现它在番茄中存在1个同源基因。实验证明番茄中SlDMP基因突变，同样具备独立的单倍体诱导的能力。对杂交产生的单倍体进行的高通量测序结果表明，这些单倍体均不携带来自父本的染色体组，这说明SlDMP突变体诱导产生的是纯母本单倍体。
由于番茄种子小，单倍体鉴别较为困难。为克服这一技术瓶颈，研究团队建立了荧光快速鉴别方法，通过浸种和萌发根尖荧光的两步观察，可实现番茄单倍体的精准鉴别。借助这一方法，以番茄单倍体诱导系为父本，与36个材料杂交，发现均能够产生母本单倍体，诱导率变幅为0.5%～3.7%，平均诱导率为1.9%，这表明番茄单倍体诱导体系无明显的基因型依赖性，表现出很好的通用性。同时，由于番茄具有较好的繁殖性能，有助于单倍体加倍并实现较高通量的双单倍体纯系创制。
陈绍江指出，现有进展为攻克番茄单倍体育种的国际性难题进行了成功探索，通过番茄DMP基因单倍体诱导功能的验证，首创了番茄单倍体诱导系及其配套的诱导鉴别技术，突破了关键技术瓶颈。研究结果不仅为番茄单倍体快速育种技术研发起到奠基性的引领作用，也为在更多作物上，创建通用的跨物种单倍体育种技术体系及杂种优势利用效能的提升，开辟了新的路径。
2．番茄虫害防治探索的新进展
发现番茄属植物能让毛虫同类相食。2017年7月，美国威斯康星大学综合生物学家约翰·奥洛克主持的研究小组，在《自然·生态学与进化》杂志上发表论文称，他们已经证明，番茄属植物能够直接把毛毛虫变成同类相食的“恶魔”。
美国加利福尼亚大学戴维斯分校的理查德·卡班，是从事食草动物及其宿主植物之间互动研究的专家。他虽然没有参与这项研究，但觉得该成果有重要的理论价值，他说:“这是一种新的诱导抗性的生态机制，它有效地改变了昆虫的行为。”
草食性害虫通常会在食物质量不佳，或耗尽的情况下，互相攻击。并且，一些植物被认为通过使害虫对其他物种更具掠夺性，从而影响它们的行为。但到目前为止，科学家还不清楚植物是否能够直接导致毛虫同类相食。
该研究小组通过研究和使用甲基茉莉酸，在番茄属植物中诱发出一种防御反应。甲基茉莉酸是一种在空气中传播的化学物质，植物通过释放它来互相警告提防害虫的侵袭。研究人员发现，当用甲基茉莉酸做出暗示时，番茄属植物会产生毒素作为响应，这些毒素使得它们对于昆虫来说变得没有什么营养。
随后，研究人员让一种叫做“小斑点柳树蛾”的常见毛虫，来攻击这些农作物。8天后，他们观察发现，与对照组作物或是那些接收了较弱诱导的作物相比，经过更强烈甲基茉莉酸暗示的植物损失的生物量较少。这意味着，这种响应在某种程度上对于保护农作物是有效的。
接下来，研究小组想要测试这些植物的响应，是否会在毛虫中引发同类相食的行为。因此，他们用甲基茉莉酸给番茄属植物提示，然后用经提示植物的叶子和非提示对照组植物的叶子，给容器中的毛虫喂食。同时，这些容器中也放置了一定数量的死毛虫。两天后，研究人员观察到，与那些用对照组植物叶子喂食的毛虫相比，用处理过的植物叶子喂食的毛虫，会比前者更早地把目光对准死掉的幼虫，并且吃掉更多的幼虫。
奥洛克指出，毛虫最终都是要彼此相残的，但是时机的不同却是至关重要的。他说，如果番茄属植物能诱导害虫更早地同类相食，那么便会有更多的番茄属植物保存下来。不过，他又提醒道，植物激活这套防御系统的成本非常高。植物很可能会打破一个平衡，进而判断这些攻击是否严重到足以激活防御系统的水平。
3．番茄基因组测序探索的新进展
⑴完成番茄全基因组测序。2012年5月31日，中国、美国、荷兰、以色列等14个国家300多位科学家组成的“番茄基因组研究国际协作组”，在《自然》杂志以封面文章形式，发表对栽培番茄全基因组精细序列的分析研究结果。
据介绍，研究人员在解码的番茄基因组中共鉴定出约34727个基因，其中97.4%的基因已精确定位到染色体上。进化分析表明，番茄基因组经历的两次三倍化，使基因家族产生了特异控制果实发育及营养品质的新成员。
协作组同时绘制了栽培番茄祖先种野生醋栗番茄基因组的框架图，两个基因组仅有0.6％的区别。分析表明，经过人工驯化和育种选择，栽培番茄比野生番茄果实更大，品质更好，番茄红素、β—胡萝卜素和维生素C等生物活性物质含量明显提高。
据了解，这项工作将极大推动番茄乃至包括马铃薯、辣椒、茄子等在内的茄科植物功能基因组研究，为培育具有高产、优质、抗病虫害、抗逆等优良性状的番茄新品种打下良好基础，对推动全世界番茄生产具有重要意义。我国科学家高质量地完成了番茄基因组测序总任务的1/6。其中，中科院遗传与发育所研究员李传友和薛勇彪负责第3号染色体的测序工作，中国农科院蔬菜花卉所研究员黄三文和杜永臣负责第11号染色体的测序工作。
⑵构建番茄变异组图谱。2014年10月13日，中国农科院黄三文研究员领导，杜永臣、叶志彪和李景富为骨干的课题组，与美国、法国、以色列、意大利和瑞士等相关专家共同组成的国际研究团队，在《自然·遗传学》杂志网络版上发表论文称，他们构建了番茄的变异组图谱。这是继2012年完成番茄全基因组序列图的绘制后取得的另一重要成果，研究人员对番茄展开了更为全面和深入的探索。
研究人员通过对360份番茄种质全基因组的分析，发掘了1100多万个SNP标记，重建了番茄驯化和育种的基因组学历史，为番茄生物学研究提供了新的工具，也奠定了番茄全基因组设计育种的基础。
番茄起源于南美洲的印地斯山脉，随着人类迁移逐渐传到中美洲和墨西哥一带，16世纪传到欧洲，在随后的几百年中番茄被传播到世界各地。如今番茄已经为品种多样，世界范围内普遍种植的第一大蔬菜作物，据联合国粮农组织统计总价值达550亿美元。在科研上，番茄也是植物遗传、发育和生理研究的重要模式植物。
4．番茄采摘设备研制的新进展
开发人工智能机器人采摘番茄。2019年5月，国外媒体报道，美国马萨诸塞州一家名为Root AI的初创公司，最近开发出一种机器人，可利用人工智能自动识别果实成熟度，并能熟练、轻巧地采摘番茄。
据公司官网介绍，这是该公司首次开发应用于农业领域的人工智能机器人。它的核心特点是应用人工智能软件，实现实时检测果实成熟度、轻柔触碰摘取、三维导航智能移动。
利用人工智能技术，该机器人能识别番茄的成熟度，确定哪些果实可以采摘，据称其识别效率要高于传统的人工识别。采摘过程中，这款机器人可自动行驶，前端安装有传感器和照相机充当“眼睛”，机械臂上两个像钳子一样的“手指”，能用合适的力度采摘番茄，不会捏破番茄，也不会扯断藤蔓。
据悉，这个关键的采摘“手指”，是用食品安全级别塑料制成的，其柔韧度与信用卡的材料相当，也易于清洗。公司创始人兼首席执行官乔希·莱辛对媒体介绍说，采摘“手指”是否易清洗十分关键，因为这有助于预防采摘过程中霉菌、病毒及虫害等的传播。
今后，研发人员还可针对不同果实的软硬度、形状等特征，开发新的人工智能软件及配套的传感器和摘取钳，实现一机多用。目前市面上已有或研发中的采摘机器，通常只针对某一种特定作物来进行。与之相比，人工智能机器人要更聪明，更灵活，适应性也更大。
据介绍，人工智能机器人的机身上安装有灯光设备，因此日间和夜间均可在大面积的温室大棚内采摘作业。目前这款机器人已在美国及加拿大的温室，进行商业级别的采摘试用，预计不久即可实现更大规模的商业应用。
（二）研究辣椒栽培的新信息
1．辣椒功用探索的新进展
发现辣椒可成为减肥秘方。2015年8月，澳大利亚广播公司报道，澳大利亚阿德莱德大学，营养与胃肠疾病研究中心斯蒂芬·肯蒂什博士领导的一个研究小组近日发现，辣椒中的一种化学物质，可帮助人们减少食量，从而达到减肥的目的。
该研究小组一直在探寻辣椒中的化学物质，是如何刺激胃部神经，并向大脑传递胃部已饱和信息的。他们还发现，高脂膳食，可能削弱胃部神经传递饱和信号的功能，导致人们暴饮暴食。肯蒂什表示，之前的研究，已经证明辣椒里的辣椒素，能够帮助人减少食物摄入量。此次研究已经确定，如果去除被研究的老鼠胃部的这种化学感受器，让神经对辣椒素的刺激无法做出反应，它们会吃掉更多的食物。这也表明，这在控制食物摄入量上起关键作用。
肯蒂什表示，将要开发一种化学药品，使人们在吃含有大量辣椒的食物时，没有辛辣的感觉，以适应绝大多数人的食用需求，达到减肥和抑制增肥的目的。
2．辣椒基因组测序探索的新进展
⑴公布甜辣椒基因组序列草图。2014年2月，唐伊尔·昌耶等人组成的一个研究小组，在《自然·遗传学》公布了一种甜辣椒的基因组序列草图。甜辣椒营养价值高，是全球产量丰富的蔬菜之一。这种特殊的辣椒植株产自墨西哥，对很多植物病原体都具有高抵抗性，同时被广泛用于研究和育种。
该研究小组公布了甜辣椒的全基因组序列图，并对两种培植辣椒和一种野生品种黄灯笼椒进行了重新测序。他们发现与近亲西红柿的基因组相比，甜辣椒的基因组将近多3倍。他们还发现了决定辣椒的辣味、成熟过程和抵抗疾病的遗传因素。
⑵完成辣椒全基因组序列测定。2014年3月，由我国科技人员主导完成的“栽培种和野生种辣椒的全基因组测序揭示辣椒属的驯化与特异性”论文，在美国《国家科学院学报》刊发。这篇论文正式发表，标志着辣椒基因组序列成功解码，我国辣椒基础性研究取得重大进展，跃入分子育种阶段。
美国农艺学会主席、新墨西哥州立大学辣椒研究所所长保罗·波斯兰教授认为：中国科学家主导的高质量辣椒基因组图谱的完成，为辣椒的研究打开新的一页。该图谱将促进辣椒抗性、品质等重要农艺性状基因的定位研究，为通过分子育种进行辣椒品种改良奠定基础，同时还将促进茄科植物的进化研究，以及果实发育机理等基础生物学研究。
我国辣椒的选育种一直以来以传统的杂交育种为主，应用生物技术辅助选育种的水平相对较低，特别是干辣椒选育种水平则更低，均以常规品种为主。为了提高辣椒的育种水平，发展生物技术辅助育种，2010年遵义市农科所牵头，与四川农业大学、华南农业大学合作，联合华大基因启动辣椒基因组测序研究。这项研究，还得到墨西哥生物多样性基因组学国家重点实验室等13家科研院所的支持。
据介绍，该项研究通过现代基因组测序方法，成功测定遵义市农业科学研究所选育的栽培品种“遵辣1号”和其来自墨西哥的野生种“Chiltepin”的基因组，这为茄科植物的生物学研究提供了宝贵的新资源。研究人员通过对18个栽培品种和2个其他野生种的重测序数据分析，鉴定得到511个候选的驯化基因，可用于解释野生和栽培种辣椒之间的差异。在这些基因中有一些可能与种子休眠缩短、抗病原体和抗逆性增强以及储存寿命增加有联系。
同时，研究人员对不同辣度的辣椒相关转录组数据的比较分析，揭示辣椒素合成的相关基因，其中两个相邻的酰基转移酶基因（AT3-D1和AT3-D2）可能负责辣椒素的最终合成，初步解释了“辣椒为什么会辣”这个备受关注的生物学问题。另外，研究人员还对辣椒和西红柿果实的发育进行深入的比较分析，获得辣椒果实成熟后仍然坚硬等生物学特性相关的候选基因。这些发现，为辣椒开展分子标记辅助育种提供重要的基因资源。
3．辣椒采摘设备研制的新进展
开发采摘甜椒的机器人。2018年10月7日，国外媒体报道，以色列内盖夫本—古里安大学当天宣布，该校研究人员与其他多国同行共同组成的研究团队，近日开发出一款采摘甜椒的机器人。
这款名为“清扫者”的机器人，由内盖夫本—古里安大学研究人员主导开发，其他参与开发的研究人员来自美国、瑞典、比利时和荷兰。研究人员用一种经过改造的商业种植甜椒品种，对“清扫者”进行了初步试验，结果显示，它可以在24秒内采摘一只成熟的甜椒，成功率达62%。研究人员表示，这款机器人还在进一步改进中，一旦改进完毕，可以全天候24小时从事采摘工作，大大减少果蔬腐烂损失，降低劳动力成本，使农民少受市场波动的影响，从而给农业经济带来重要变化。
目前，研究人员正在努力通过计算机视觉技术，提升“清扫者”判断成熟甜椒的能力，从而加快采摘速度。预计未来4至5年内，这款甜椒采摘机器人可以投入商业化应用，相关技术也可用于采摘其他农作物。
（三）研究茄子栽培的新信息
茄子基因组测序探索的新进展
公布染色体级别的高质量茄子基因组序列。2019年10月31日，广西农科院蔬菜研究所王益奎研究员主持的研究团队，在生物学论文预印本服务器网络版上发表论文，公布了染色体级别的高质量茄子基因组序列。该研究团队采用第三代测序技术，结合Dovetail Hi-C建库技术与HiRise组装算法，获得了目前连续性最好的茄科作物基因组，标志着茄子基因组研究迈入高清时代。
茄子是茄科最重要的作物之一，在茄属植物中产量和经济价值居第三位。本次公布的茄子参考基因组，重叠群N50达到了5.3Mb，长序列片段N50更是达到了93.9Mb，序列总长度1155.8Mb。王益奎说：“之前，日本和意大利的研究团队，分别发表了以二代测序技术为主获得的茄子参考基因组。这次我们采用最新的三代测序技术和高通量染色体构象捕获技术，在组装质量和连续性上远远高于国外团队的基因组版本。以最近意大利研究人员发表的茄子基因组为例，其重叠群N50为16.7Kb，而我们的基因组版本重叠群 N50达到5.3Mb，连续性提高300多倍。”
通过比较基因组学分析发现，茄子物种特异的646个基因家族和364个阳性选择基因，赋予茄子特有的性状。该研究团队进行抗病基因的全基因组鉴定，发现在茄子和辣椒中有一个扩张的细菌斑点抗性基因家族，而在番茄和马铃薯中没有。此外研究人员发现在茄子、番茄和马铃薯基因组中，多酚氧化酶基因的染色体分布模式高度相似。高质量的茄子参考基因组序列，不仅有利于茄科植物的进化研究，更为茄科植物的选育和改良提供了便利。
