油胞，或许对大多数人来说很陌生，但它却与我们的生活息息相关。当我们手剥橘子皮、柚子皮或挤柠檬时，就会从果实表皮飞溅出带有特殊香气的精油，这个过程其实就是因油胞破裂而导致精油释放。
柑橘家族，均有油胞结构（通讯员 张飞 供图）
挤压柠檬皮释放精油瞬间（通讯员 龚时峰 任文武 摄）
柑橘油胞属于分泌囊，是橘子、橙子、黄皮果、九里香等芸香科植物的特征性结构。研究柑橘油胞，对于柑橘果实外观品质、果实多元化利用、柑橘油斑病防控、柑橘产业高质量绿色发展等具有重要意义。而做好这项研究的前提就需要回答好“柑橘油胞是如何形成”这一基本问题。
张飞教授（中）与博士研究生王红星（右）、任杰（记者 徐行 摄）
带着这样的好奇，华中农业大学果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室、园艺林学学院邓秀新院士和张飞教授课题组开始了一场有趣的探索之旅。2月9日，农历癸卯年的最后一天——除夕，这段旅程迎来了高光时刻，他们的研究成果在《科学》（Science）杂志以封面论文形式发表。
张飞却平静地和记者说：“揭示柑橘油胞发育和调控的分子基础只是第一步，相信这段旅程将来还有更多惊喜。”
意外之喜背后的多年准备
这个研究源于一个美丽的意外和一份多年的准备。
张飞教授（记者 徐行 摄）
2021年4月，张飞离开耶鲁大学来到华中农业大学工作，加入了柑橘团队，建立柑橘功能基因组学实验室，主攻柑橘器官发育的分子调控机理。彼时，刚来华农的张飞研究工作亟待开展，一时还没有学生加入课题组，但科研工作不能停滞。团队郭文武教授得知情况后主动与张飞交流，并带着他到自己的试验园调研。从事柑橘细胞工程与遗传改良研究的郭文武多年深耕细胞工程与遗传改良领域，创制了大量柑橘多倍体材料，这为张飞提供了明晰的研究方向。
柑橘果实（其中，果皮点状结构即为油胞）和枝刺（通讯员 张飞 摄）
多倍体柑橘具有树体矮化和抗性强等特点，但与其他柑橘不同的是，多倍体柑橘大多枝刺粗长坚硬，不利于产业中的应用，这也是郭文武课题组正在解决的问题。得知张飞在国外重点研究枝刺发育，郭文武希望与他一起开展多倍体枝刺研究。考虑到他的实验室初建，郭文武推荐课题组的博士研究生任杰加入张飞课题组，共同指导，开展研究。
枝刺（观察发现，枝基具有油胞结构，枝尖则没有）（图片来源：论文中图）
正是在研究枝刺的过程中，“意外”出现了。
2021年11月的一天，在研究中刚刚建立了柑橘枝刺-刺尖、刺基系统的任杰在实验室观察柑橘枝刺切片时意外发现，在枝刺的不同部位存在着一个特殊结构——油胞，重复观察后发现，枝刺基部具有油胞结构，而顶部则没有。
这下激起了张飞的兴趣，因为油胞研究在华中农大早已有基础，只是还不清楚其形成和发育的分子基础。
上个世纪80年代，在广西柳州融安县发现并选育了无油胞自然变异的“滑皮金柑”。为了破解其无油胞突变的秘密，2017年，邓秀新院士团队开展了相关研究，博士研究生朱晨桥将十多年前从自然资源发掘到的单胚短童期山金柑材料——“迷你山金柑”与“滑皮金柑”杂交后发现无油胞为隐性性状，博士研究生王红星通过自交试验，又确定无油胞性状为单隐性基因控制。随后，他定位到无油胞突变基因所在6号染色体区间为413 kb，里面有54个基因。但究竟是哪个基因控制，是柑橘团队期待破解的。而张飞课题组在柑橘枝刺中的重要发现，找到了打开这扇门的“钥匙”。
利用柑橘枝刺“刺基有油胞结构而刺尖没有”的重要信息，任杰、王红星等通过比较转录组学结合前面的遗传定位，顺利锁定到关键候选基因CsLMI1，并在基因编辑和遗传互补实验中，证实了该基因调控油胞发育的功能，找到了柑橘油胞发育的关键。
“正是在柑橘枝刺研究中‘意外’发现‘油胞’的存在，加上柑橘团队多年的研究准备，才有了这次的重大发现，我想，这体现团队努力和集体智慧结晶吧。”张飞和记者说。
“三个结合”让努力开花结果
传统科学问题研究有新技术的加持，是否能产生“1+1>2”的效应？在柑橘油胞研究中，张飞课题组给出了肯定的答案。
为什么候选基因LMI1功能除了调控叶型的保守功能，在芸香科其他植物中还能调控油胞发育？这是研究中又一需要解决的重要问题，而关键点在该基因启动子关键调控元件的发掘。
张飞教授（左）指导博士研究生王红星（右）、任杰用激光共聚焦显微镜观察报告基因的表达模式（记者 徐行 摄）
在研究中，课题组利用传统研究技术始终找不到关键点，一度陷入困境。张飞一方面与任杰、王红星等一起重新梳理、从头分析，一方面结合自己所学，探索尝试新的技术。终于，利用染色质开放性测序技术，结合进化分析和启动子编辑技术，顺利找到了重要的调控元件并验证成功，再通过激光共聚焦成像和原位杂交等技术，明确了该基因的表达区域以及与油胞发育过程的联系。至此，这个重要问题得以解决。
“拥抱新技术，是这次科研突破取得的关键。如果没有新技术加持，可能实验成果的得出还需要很多年。”张飞说。
那仅凭借短期新技术的集中运用就能实现新的突破吗？显然不是，这项新的突破也有赖于长期攻关，其中两个关键遗传材料“滑皮金柑”和“迷你山金柑”发挥了重要作用。
广西融安县金橘产业蓬勃发展（通讯员 陈传武 供图）
上世纪80年代，我国在融安县发现无油胞自然变异的“滑皮金柑”。近20年来，邓秀新院士便带领研究团队积极开展金柑及"滑皮金柑”等种质资源保护培育、栽培技术创新等指导。如今，脆甜可口的“滑皮金柑”和“脆蜜金柑”不仅成为融安县特色农业的主导产业，造福当地百姓，还成为了重要的科研材料，用于开展柑橘遗传研究。另外一个关键遗传材料单胚山金柑，播种当年即可开花结果，有了它，研究者无需再为柑橘结果年限长等问题而苦恼，但它却很难寻觅。由于邓秀新院士常年到全国各地柑橘产区，曾与福建当地一名果树站站长有了深厚的交情。2009年，果树站站长得知邓秀新团队一直在寻找一种罕见的山金柑后，便发动广大乡亲，将山里可能找到的野生柑橘材料寄往华中农业大学。幸运的是，在寄来的几百份柑橘材料中，研究团队发现了珍贵的单胚山金柑，并通过自交多代获得了比较纯合的株系，为开展后续的柑橘遗传研究提供了宝贵资源。也正是在前人的研究基础上，柑橘团队通过两种材料的杂交和自交试验，终于破解了无油胞突变的秘密，在相关研究方向上，走在了前面。
科学研究除了要面向世界科技前沿，努力走在前面，还要在面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康上有所为。作为重要的园艺作物，柑橘团队长期以来的研究布局都着眼于柑橘未来产业发展，柑橘油胞的研究亦是如此。
柑橘油胞对于柑橘品质和抗性非常重要，解析其中的奥秘，从鲜果到精油，在满足人们多元化需求的同时，柑橘产业必然从数量扩张型到质量效益型的转变。所以张飞课题组并不满足于弄清楚油胞形成的遗传基础，他们准确地锁定关键基因后，以此为抓手，继续深入探索，打通了上下游调控通路，精准地挖掘出了调控元件，从而解决了柑橘油胞的发育机理，并紧密联系广西融安县产区，从产业实践中发现了油胞对于斜纹夜蛾的抗性，解释了油胞的生物学意义。
一项研究的突破，是多种要素产生的化学反应，正如果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室主任、华中农业大学徐强教授所言，柑橘油胞研究的突破，既是传统重要科学问题和现代生物技术的结合，也是长期科研攻关和短期集中突破的结合，更是看得远和看得准的结合，因为这三个“结合”，让多年的努力得以开花结果。
80天，意料之外也在情理之中
从2023年10月投稿到当年12月正式被《科学》杂志接受，两个多月即被认可，论文并列第一作者任杰和王红星都说，没想到如此顺利。张飞则说：“其实也在情理之中”，而他的这份自信并不“盲目”。
柑橘油胞是植物的分泌囊结构，当前在全球研究领域，植物分泌结构的研究主要集中在分泌腺毛等“外分泌结构”，对分泌囊的起始和发育的分子机制知之甚少。以柑橘油胞为模式系统，可以揭示分泌囊发育的机制，为解决如松脂道和橡胶的乳汁道等更为复杂的植物“内分泌结构”提供了重要参考。正因为发现了该项研究的重大理论意义，让课题组萌发了将研究成果发布于世界顶级期刊的想法。
一方面，邓秀新院士以及柑橘团队柴利军教授、叶俊丽副研究员等与张飞课题组一起反复讨论，拟定了科学的技术路线，张飞则带领课题组的同学们依据制定好的路线，从杂交群体分析、成对材料比较分析到候选基因表达分析、功能验证、调控机制解析等，一步一步完成了实验。
另一方面，计划投稿的准备也在同时进行。虽然在耶鲁大学学习工作多年，发表了柑橘研究高影响力文章，但以通讯作者投递世界顶级期刊却是张飞的第一次。为了让撰写的文章更加重点突出和严谨规范，在投稿前四个月，张飞分别请教了华中农大讲座教授David Jackson、严顺平教授、杨芳教授以及中国科学院分子植物科学卓越创新中心Jeremy Murray研究员等学者，他们给予的宝贵建议让张飞获益匪浅。投稿前一个月，张飞曾经的同事、耶鲁大学刘伟副研究员也为他提供了非常重要的指导和帮助，张飞在耶鲁大学的博士后合作导师Vivian Irish教授及其实验室其他成员也对文章进行了批判性修改。巧合的是，刘伟副研究员主要参与的研究论文也在这一期《科学》杂志发表。
2023年10月10日，几易其稿的文章终于投递到了《科学》杂志编辑部。经过7周的等待，审稿人给了回复——研究问题重要、创新性强、实验证据充分、科学逻辑非常清晰，仅需在文章语言作部分修改。这一结果让课题组欣喜不已，但很快张飞便冷静了下来。
博士研究生周诗韵正在做切片（记者 徐行 摄）
“虽然编辑和审稿人对我们的工作都非常赞赏，但是我们不能冲昏头脑，科学研究必须严谨，要让实验过程和实验结果都无可挑剔，不留遗憾。”张飞带领课题组的同学对实验中的每一个结论都反复质疑，并逐一加以验证。“确定关键基因，我们通过遗传定位、基因组重测序、基因编辑敲除、遗传互补等实验来确认；对于基因表达，我们通过报告基因系统、原位杂交、成对原位杂交比较、定量PCR等多个技术来验证；博士研究生周诗韵不厌其烦，只为把原位杂交实验做到了极致……这些在后来都给编辑和审稿人留下了深刻印象，他们一致认为我们的工作很扎实，结果很可靠，对我们的研究很认可。”张飞说。
《科学》杂志封面文章
2023年12月29日，论文正式被《科学》杂志接受，这一天距离投稿仅仅过去80天。
人同心，则得千人之力以破万钧
单丝不成线，独木不成林，人同心，则得千人之力以破万钧。对于一个需要靠集体力量完成的科研目标，更是如此。“目标一致，团队‘作战’”，谈及这项研究突破，张飞是这么总结的。
邓秀新院士指导研究生（通讯员 程玉华 摄）
在邓秀新院士的带领下，柑橘团队高瞻远瞩开展资源挖掘，早期便进行了遗传群体的创制，布局油胞研究，并在重要节点及时给予课题组研究的指导；郭文武教授长期研究柑橘多倍体，合作研究柑橘枝刺发育，从材料到研究生都提供了强有力支持；徐强教授在基因组分析和进化研究方面给予了充分的指导；谢宗周高级工程师对杂交群体悉心照料多年，为柑橘油胞基础研究提供了宝贵材料；获批建设的果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室先进的仪器设备和强有力的平台技术更为研究的开展提供了重要保障……
参与研究的同学们也深切感受到了团队的力量。
博士研究生任杰正在做相关试验（记者 徐行 摄）
从四川农业大学本科毕业的任杰，因为对园艺的喜爱，他从电气专业转专业至园艺专业，刻苦学习钻研，并以优异成绩考入华中农业大学。研究生阶段，他在郭文武教授的悉心指导下迅速成长。原本他的课题主要研究枝刺末端的分化，在研究过程中才关注到了油胞。在油胞研究“半路出家”的他，依然得到了郭文武的大力支持。来到张飞课题组，他又得到了细致入微的指导，当遇到实验“瓶颈”时，张飞耐心了解“症结”所在，并为他详细讲解实验原理，传授实验技法。“我就是他的‘迷弟’”，谈到张飞，任杰的敬佩之情溢于言表。
博士研究生王红星正在查看试验数据（记者 徐行 摄）
成为邓秀新院士的研究生则是王红星的梦想，当梦想照进现实，他却一度找不到“状态”，焦虑和失落伴随着他。邓秀新院士与他悉心交流，帮他走出困境，不仅让王红星发现自己存在的问题，也为他指明了研究方向。经过不断调整，王红星的科研有了进展，终于在实验中定位到无油胞突变基因所在区间，这为后续锁定柑橘油胞关键候选基因提供了重要基础。邓秀新院士随后推荐王红星转到张飞名下攻读博士学位，由他和张飞共同指导。在柑橘油胞的持续研究中，张飞让王红星和任杰分工协作，王红星也不再迷茫，发挥着他的优势，自信且高效地完成了既定的科研任务。
一个团结、奋发、进取的团队，必然能创造更大的荣光。诚然，这或许就是最好例证。
1月14日，邓秀新院士与广西壮族自治区人大常委会副主任、党组副书记、柳州市委书记张晓钦（前右一）在融安县金橘苗木培育基地交流金橘种植情况（通讯员 蒋阳阳 摄）
新年伊始，邓秀新院士专程赴融安县调研金橘产业发展情况，为今后融安县金橘产业把稳发展方向、作出重点布局，努力让“中国金橘看广西，广西金橘看融安”的名头更加响亮。张飞开启了新的研究旅程，他在春节期间坚守实验室，为探寻柑橘油胞成分、精油品质调控等奥秘继续努力。任杰也没闲着，他还要查阅更多文献，开展更多实验去解答“油胞为什么从表皮一个细胞起始”这一源头问题。王红星则将继续完善柑橘油胞发育的调控网络，让柑橘油胞发育的调控机制更加明朗清晰……
张飞教授与课题组同学（记者 徐行 摄）
2月9日，正值中国传统节日除夕，研究成果在《科学》杂志正式发表，但在他们心中似乎没有激起太大波澜，他们的科研工作一切如常。记者猜想，或许还有更大的“宝藏”正等着他们去发现……
（本文作者系党委宣传部新闻中心记者 徐行 审核人 张飞）
