破解水稻生殖隔離之謎 萬建民院士團(tuán)隊捧得“CNS大滿貫”
經(jīng)過多年聯(lián)合攻關(guān)，由中國工程院院士萬建民領(lǐng)銜、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的科研團(tuán)隊，首次從分子層面闡明了秈稻和粳稻雜種不育分子機(jī)理、破解了水稻生殖隔離之謎。7月26日，該成果在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞（Cell）》在線發(fā)表。至此，繼2013年的《自然（Nature）》成果、2018年的《科學(xué)（Science）》成果，萬建民院士團(tuán)隊在水稻分子遺傳與育種領(lǐng)域接連取得重大科研突破，捧得了“CNS大滿貫”。
與秈稻亞種內(nèi)雜交相比，秈稻和粳稻亞種間雜交水稻可將水稻單產(chǎn)提高15%以上，然而，同時會出現(xiàn)花粉不育、小穗結(jié)實率低、籽粒不飽滿等“雜種不育”現(xiàn)象。
“我從1991年開始研究‘水稻雜種優(yōu)勢利用’難題，這后來也變成了團(tuán)隊延續(xù)了30年的科研夢想�！痹谌f建民看來，滿貫是團(tuán)隊的“里程碑”，但絕不是“完結(jié)篇”。滿貫在手，團(tuán)隊成員在歡欣鼓舞之余，展現(xiàn)出的卻是“大事前有靜氣”的平和謙遜。是哪些特質(zhì)造就了這樣的學(xué)術(shù)氛圍，又有哪些秘笈讓這支隊伍一次又一次地站在了領(lǐng)域內(nèi)的科研之巔？
細(xì)數(shù)CNS三個成果，幾乎每一項都是“十年一劍”，并且無一例外地都是由年輕科研人員勇挑重?fù)?dān)、多家單位聯(lián)合攻關(guān)。
《細(xì)胞》成果第一作者、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院博士后王超龍說，2010年他師從萬建民院士，一頭扎入了水稻領(lǐng)域的世界難題“雜種不育”的機(jī)制探究。2015年，在經(jīng)歷了一次又一次的基因功能驗證無效后，他發(fā)現(xiàn)是基因的定位區(qū)間錯了，往前推，5年前他接手的試驗材料關(guān)鍵單株就不準(zhǔn)確，走錯一步就是5年，后面的路該何去何從？
“有曲折才證明有挑戰(zhàn)，我們要做的，就是有挑戰(zhàn)性的、有意義的課題！”導(dǎo)師萬建民的一番話仿佛黑暗中投射的一道光，照進(jìn)了王超龍的心里，萬建民鼓勵王超龍把這塊硬骨頭“啃”下去。2016年，王超龍從頭開始、重新構(gòu)建試驗材料，雜交一代、回交四代，要做5次實驗，為了最大限度地提高效率，他開始了在南京和三亞南繁基地的來回奔走。2019年，得到嚴(yán)謹(jǐn)實驗數(shù)據(jù)的他再一次吃驚地發(fā)現(xiàn)，遺傳機(jī)制和研究假設(shè)“對不上”！
實驗數(shù)據(jù)的論證必須足夠精準(zhǔn)可靠，萬建民的方法是，讓自己帶領(lǐng)的南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的兩支科研團(tuán)隊分頭推進(jìn)、互不干擾，得出結(jié)論后再相互比對。
“驗證數(shù)據(jù)的那兩年，我和農(nóng)科院作科所的王建博士后通五六個小時的電話，討論到凌晨兩三點是常有的事。”王超龍說。經(jīng)過2年時間，兩位年輕科研人員進(jìn)行充分的數(shù)據(jù)比對和討論后，大膽提出了假設(shè)——并不是原先基因找錯了，而可能是發(fā)現(xiàn)了一項新的遺傳機(jī)制。
為了論證這一假設(shè)，團(tuán)隊請來了擁有二三十年出色實驗經(jīng)驗的農(nóng)科院研究員吳傳銀，他是組培轉(zhuǎn)化實驗的資深專家，為了確保每一論證步驟的精準(zhǔn)，從實驗設(shè)計到載體構(gòu)建，再到轉(zhuǎn)化和統(tǒng)計分析，他都自己動手、沒有絲毫馬虎。2021年夏天，吳傳銀興奮地?fù)芡送醭埖碾娫�，“你來一趟北京，到實驗室見證！”當(dāng)王超龍看到用于驗證的“GFP綠色熒光蛋白”的失色與變亮，與之前的假設(shè)完全一致時，他喊出了聲：“找到了！”
緊密連鎖的兩個基因被找到、“基因驅(qū)動”遺傳機(jī)制被破解，“雜種不育”難題得到了全基因組層面的分析鑒定！這對于很多領(lǐng)域內(nèi)的團(tuán)隊而言已經(jīng)是一項很大的突破了，但熱愛挑戰(zhàn)、善“啃”硬骨頭的萬建民團(tuán)隊同步還在推進(jìn)分子機(jī)制的研究。
“不要單打獨斗，要善于合作攻關(guān)。”這是萬建民對學(xué)生最常說的話之一。在清華大學(xué)柴繼杰教授、香港中文大學(xué)姜里文教授等資深專家的幫助下，王超龍與農(nóng)科院熊葉輝研究員頻繁交流、逐層深入，終于首次從分子層面闡明了水稻“雜種不育”的機(jī)理。
“能夠深入到基因功能水平，完成所有的基因編輯工作，并深入到該系統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)層面，甚至到其在水稻的進(jìn)化，這確實是一項令人震驚和了不起的成就�！薄都�(xì)胞》雜志送審專家對成果這樣評價。
30年來，萬建民團(tuán)隊已發(fā)現(xiàn)、定位和命名了27個不育基因和廣親和基因，占國內(nèi)外報道的一半以上。咬住“秈粳交”雜種優(yōu)勢有效利用難題不放，育性、株高株型、生育期，在這項被萬建民視作系統(tǒng)工程的項目里，一個個關(guān)鍵基因被挖掘定位、一道道難啃的關(guān)口被解析破譯。
30年來，只要條件允許，萬建民都會在周末回到南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，“周五最晚航班回寧，周日最晚航班回京，這樣的節(jié)奏一周都沒有打破，我的日程表中，沒有‘周末’這一說�！�
每年5—6月，在南京江寧土橋基地，100多位團(tuán)隊師生齊上陣，插種、拔秧、排秧、插秧，場面壯觀。只要時間允許，萬建民都會一同參與其中，用行動告訴學(xué)生，“做水稻，一定要到田間去，一定要能緊跟生產(chǎn)實際。”
清晰的科研規(guī)劃，加上雷打不動的身體力行，團(tuán)隊成員一個個地也煉就了數(shù)十年如一日的堅守與恒心。水稻育種本身就是一項周期漫長的工程，將分子育種與常規(guī)育種相結(jié)合，能加速培育速度，但發(fā)掘優(yōu)異基因，平均需要搜集上萬份資源，耗費的人力、物力和時長，可想而知。
團(tuán)隊發(fā)掘的水稻半不育基因PSS1花了18年，《自然》成果、水稻部分顯性矮稈多分蘗基因D53用去了25年，《科學(xué)》成果、水稻“自私基因”的挖掘用了9年；這一次的《細(xì)胞》成果又長跑了13年！
除了高水平研究成果迭出，30年來，團(tuán)隊圍繞水稻的抗性、品質(zhì)、氮高效利用、耐鹽堿水稻品種挖掘等面向生產(chǎn)實際的課題也從未間斷，真正打通了基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究，串聯(lián)起水稻育種的上、中、下游。
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