以人为本 服务至上 科学管理 勤政高效

【中国科学报】做“用得上、有影响”的成果

  

   

  李家洋(中)正在考察水稻生长状况。中科院遗传发育所供图

  水稻是世界三大粮食作物之一,人类对其高产的追求从未停止过。在近百年的历史上,以矮化育种为标志的“绿色革命”以及杂交育种技术,使小麦、玉米、水稻等作物的产量大幅度提高,养活了越来越多的人口。

  然而,在人们“吃饱”的同时,粮食“量”与“质”的矛盾也开始凸显。科学家们在育种领域艰辛探索,希望培育出产量高、品质好的“黄金”种子。

  最终,这粒“理想水稻”的种子被我国科学家找到了。以李家洋、韩斌、钱前、王永红、黄学辉为代表的研究团队,通过逾20年的密切合作,开辟了一条前所未有的“寻种之路”——“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”,引发了一场“新绿色革命”。2017年,该项目荣获国家自然科学奖一等奖。

  这条寻觅之路是如何开辟的?科学家们如何联手推开了水稻品种设计的大门?

   白手起家:做好打“持久战”准备 

  国家最高科学技术奖获得者、中国科学院院士李振声曾倡导:农业科研领域的主要目标之一,是要为“新绿色革命”准备基因资源。

  然而,在那个育种学家们主要依靠“用眼看、用秤称、用尺量、用牙咬”的方式选育品种的年代,从分子机理和基因角度认识作物优良性状,可谓是科学研究尚需探索的领域。

  1994年,李家洋全职回到中国科学院遗传研究所(现中国科学院遗传与发育生物学研究所,简称遗传发育所)。那时,国家并不富裕,科研经费整体紧张,对于基础学科的资助很少。李家洋早已做好心理准备,他在30多平方米的旧实验室里白手起家,依靠研究所支持的启动经费,开始建立自己的实验室。

  开展研究工作,首要的是能保障课题组生存下去。为此,李家洋首先选择了在美国研究多年的拟南芥这一模式植物展开研究。他带领课题组潜心钻研,历时5年时间,在国内率先建立了植物图位克隆技术体系。

  图位克隆技术能够在不知道基因的表达产物、功能信息的情况下,把一个想要的基因从众多基因中分离出来。这为我国水稻功能研究奠定了重要基础,也为在水稻中进行基因克隆提供了技术路线。

  回顾过去,李家洋笑称:“这就像在全世界找一个人那么困难。不过当时从国外回来时,我们就已经做好了打‘持久战’的准备。”

  “我国粮食和农业增产的形势十分严峻。”在诸多场合,李家洋反复强调这句话。转向水稻研究后,他心里想的是如何提高产量,如何才能改善稻米的品质和营养价值,提高其对自然灾害的抵抗能力,减少化肥农药的使用,实现对资源环境的保护。

  “围绕国家需求和巨大挑战,研究要具备一定的特色。”他为实验室的奋斗目标绘制了一张“蓝图”,即通过对水稻各种性状机理的剖析,培育出适合不同自然条件的高产、稳产和有营养的新品种。

  设计育种的想法,在李家洋的心中逐渐萌芽。

  协同创新:把一件事做到极致 

  与李家洋共同“开荒”的还有钱前和韩斌。那时,钱前是遗传发育所“水稻分子遗传图谱和基因定位”方向的客座科学家。如今,他已是中国农业科学院水稻研究所稻种资源研究领域首席科学家,2019年当选中国科学院院士。

  “水稻的研究工作是极富智慧的,一株好的水稻要‘秀外慧中’,要求方方面面都‘恰到好处’。”这是钱前对水稻培育的愿景。

  共处同一座实验楼,有着共同的目标,李家洋和钱前很多时间都在一起交流如何开展水稻分子遗传学研究,常常讨论至深夜。

  他们意识到,水稻最重要的性状是产量,产量性状中最难掌控的是分蘖。作为水稻等禾本科作物在生长发育中形成的一种特殊分枝形式,分蘖与水稻的穗数密切相关,是影响水稻产量的重要因素。于是他们决定从寻找控制水稻分蘖的关键基因着手。

  此后的7年里,他们创新研究材料,最终采用图位克隆技术克隆了第一个控制水稻分蘖起始的关键基因MOC1,开拓了水稻分蘖形成的分子机理研究新领域。

  实现了从“0到1”的突破,后续研究变得“得心应手”。李家洋带领王永红等团队成员克隆了影响水稻分蘖数目、株高、分蘖角度、穗大小、穗型、茎秆强度等株型特征的一系列重要基因。更关键的是,他们还发现了理想株型形成的关键基因IPA1,解析了IPA1介导的株型发育分子机理与调控网络。

  1998年,国际水稻基因组测序计划正式启动。就在这一年,在英国剑桥大学从事植物病原菌分子遗传学研究的韩斌回国,入职中国科学院国家基因研究中心,牵头我国水稻基因组测序计划工作。如今,他已是中国科学院分子植物科学卓越创新中心主任,并于2013年当选中国科学院院士。

  韩斌带领团队完成了几千份水稻样品的测序,为各个品种的水稻制作了“基因身份证”,解开了栽培稻的起源和驯化之谜,找到了影响水稻品质的相关基因……

  综合各项研究成果,团队最终绘制出了“水稻基因图谱”,为育种专家提供了一份“基因指南”。这份“指南”使科学家只需取下水稻叶片,测一下水稻的基因,就能判断出品质的好坏和米粒的口感。

  这些原创成果的突破,使中国水稻科研处于国际领先水平,这靠的不是运气,而是科学家们“大规模、系统化”的密切合作、协同创新,以及“二十年磨一剑”的坚守与不松懈。

  钱前每年有1/3的时间泡在水稻田里。他说:“在艰涩、枯燥的科研工作里,唯有日复一日、不畏艰苦地把一件事做到极致,才能在自己的领域有所收获。”

   造福人类:科学认知没有止境 

  茎秆矮壮、分蘖数量合理、穗多而粒大饱满——这是水稻育种学家心目中的理想株型。分子设计育种就可以选取相关性状的基因进行巧妙组合,培育出这样的“理想水稻”。

  “就像搭积木一样,有针对性地选择需要的积木,更快更好地搭建出需要的建筑。”李家洋解释道。它能实现品种“定制化”,可以精确改良缺点,聚合多个优点,培育出的“理想水稻”既高产又优质,同时还能大幅度提高育种效率,缩短育种年限。

  水稻理想株型研究发现了推进水稻产量提高的遗传学基础,研究成果是“绿色革命”的新突破,为“新绿色革命”奠定了重要的理论基础。

  “这是新绿色革命的开端,将推动农业育种走向分子设计时代。”李振声评价道,“科学研究工作既要有继承,也要有创新。从继承到前瞻,从实践到创新,每一步都要付出艰辛的努力。”

  历经20年的积淀与寻觅,他们终于迈出了分子设计育种实践的重要一步,让兼具高产和优质特性的稻米从实验室走向了餐桌。具有外观好、品质优、食味佳、抗病、耐逆和高资源利用率等优良特性的“嘉优中科”系列、“中科发”系列新品种已在长江中下游、东北平原大面积推广种植,真正实现了农业科技成果“用得上、有影响”。

  目前,我国植物遗传学研究在国际上已处于第一方阵。但在李家洋团队看来,从基础研究到应用,再到产品和产业化,事业未竟——控制优良性状的基因尚待挖掘;如何打通政产学研商全链条之路还需探索;加速品种智能化设计,研发高通量筛选手段还需努力……

  “科学总是在进步的,人们对科学的认知是没有止境的。”钱前说。

  “农业高质量发展在于科技创新,我们要做原创的、引领性的工作。”李家洋说,随着生活水平日益提高,人们对农业发展质量也提出了更高的要求,这就要求粮食生产不仅要高产稳产,还要营养安全,走绿色可持续发展之路。

  李家洋希望国家进一步加大对农业科技研发的支持力度,力求使动植物育种技术、生物肥料技术、科学培育技术等为保障我国的粮食安全作出更大贡献。

  (原载于《中国科学报》 2020-04-07 第1版 要闻)
网站地图 在线飞禽走兽博彩 玩家博彩轮胎 齐天大圣博彩单机软件
太阳城注册 申博88sunbet 申博在线体育投注 太阳城亚洲登入
OG东方馆娱乐线路检测 凤凰888官网娱乐 财富大赢家 驴彩彩票韩式1.5分彩
德国博彩公司 博彩业对澳门的影响 广州博彩图文地址 香港博彩合法吗
韦德博彩公司 华人博彩qq群 法国博彩公司 电脑博彩游戏
XSB2222.COM XSB887.COM 7777XSB.COM 444BBIN.COM 575sj.com
9888DZ.COM 761cw.com 358PT.COM 597XTD.COM 8CYS.COM
8AKS.COM 219SUN.COM 957SUN.COM S6187.COM 968psb.com
8HBS.COM 999sbib.com 381sunbet.com 8JCS.COM 55sbmsc.com