2023-10-23 10:56:09
圖為萬(wàn)建民（左四）和團(tuán)隊(duì)成員。 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)供圖
今年是萬(wàn)建民團(tuán)隊(duì)的“大滿貫”之年。
前不久，由中國(guó)工程院院士萬(wàn)建民領(lǐng)銜、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)農(nóng)科院作科所）科研人員共同組成的團(tuán)隊(duì)，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。相關(guān)成果發(fā)表于國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》。
至此，繼2013年、2018年在《自然》《科學(xué)》雜志發(fā)布研究成果后，萬(wàn)建民科研團(tuán)隊(duì)在水稻分子遺傳與育種科研領(lǐng)域又取得突破，實(shí)現(xiàn)在三大頂尖期刊均發(fā)表成果的“大滿貫”。
“我從1991年開(kāi)始研究‘水稻雜種優(yōu)勢(shì)利用’難題，這也是團(tuán)隊(duì)30年來(lái)的科研重點(diǎn)?！痹谌f(wàn)建民看來(lái)，“大滿貫”是里程碑，但不是終點(diǎn)。
細(xì)數(shù)這三項(xiàng)成果，幾乎每項(xiàng)都是“十年一劍”，并且無(wú)一例外都是由青年科研人員挑重?fù)?dān)、多家單位聯(lián)合攻關(guān)完成的。
在每一次科研攻關(guān)中，這支團(tuán)隊(duì)或多或少總會(huì)遇到挫折，但最后的成果標(biāo)注了奮斗的價(jià)值。“我從沒(méi)想過(guò)失敗了怎么辦，只想著如何從黑暗中尋找光明?！比f(wàn)建民團(tuán)隊(duì)成員、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院博士后王超龍說(shuō)。
不怕從頭再來(lái)
“整整8年了?！笨粗约核趫F(tuán)隊(duì)的文章出現(xiàn)在《細(xì)胞》雜志網(wǎng)站的頁(yè)面上，王超龍百感交集。只有他自己知道，這條路走得有多難。
2010年開(kāi)始碩博連讀的王超龍，師從萬(wàn)建民，潛心研究水稻“雜種不育”的機(jī)制。
2015年，在基因功能驗(yàn)證多次無(wú)效后，王超龍發(fā)現(xiàn)5年前他接手的試驗(yàn)材料數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致研究停滯不前。
“相當(dāng)于馬不停蹄跑了5年，結(jié)果邁出的第一步就錯(cuò)了。”這對(duì)于醉心科研、滿懷期待的王超龍而言，是個(gè)不小的打擊。
走錯(cuò)一步，浪費(fèi)了5年，后面的路該怎么走？
“有曲折才說(shuō)明有挑戰(zhàn)，我們要做的，就是有挑戰(zhàn)性的、有意義的課題?！睂?dǎo)師萬(wàn)建民的一番話仿佛黑暗中的一道光，照進(jìn)了王超龍的心里。
2016年，王超龍開(kāi)始從事博士后工作。他決定從頭開(kāi)始，重新構(gòu)建試驗(yàn)材料。為了盡可能提高效率，王超龍?jiān)谀暇┺r(nóng)業(yè)大學(xué)的南京土橋水稻遺傳育種基地和海南陵水南繁育種基地之間來(lái)回奔走，埋頭試驗(yàn)。
2019年，得到嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的他再一次驚訝地發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和研究假設(shè)“對(duì)不上”。
“難道是引起秈稻和粳稻雜種花粉不育的‘守衛(wèi)者’基因找錯(cuò)了？”彼時(shí)的王超龍無(wú)法確定，是老天再一次和自己開(kāi)玩笑，還是新的研究成果正在孕育之中。
王超龍決定重新驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。關(guān)鍵時(shí)刻，萬(wàn)建民讓他帶領(lǐng)的南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和農(nóng)科院作科所這兩支科研團(tuán)隊(duì)分頭推進(jìn)、互不干擾，得出結(jié)論后再進(jìn)行比對(duì)。
“驗(yàn)證數(shù)據(jù)的那兩年，我和農(nóng)科院作科所博士后王建，經(jīng)常一天里要通五六個(gè)小時(shí)的電話，還不時(shí)討論到凌晨?jī)扇c(diǎn)?！蓖醭堈f(shuō)。
強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合破難關(guān)
苦心人天不負(fù)。
2年后，王超龍和王建在進(jìn)行充分的數(shù)據(jù)比對(duì)和討論后，大膽提出了假設(shè)：并非原先的基因找錯(cuò)了，而是存在一種新的遺傳機(jī)制。
也就是說(shuō)，原先認(rèn)為存在于花粉中的“破壞—守衛(wèi)”機(jī)制，即“破壞者”基因會(huì)傷害所有花粉細(xì)胞，導(dǎo)致花粉不育，而“守衛(wèi)者”基因可以阻止“破壞者”基因，因此那些遺傳了“守衛(wèi)者”基因的花粉細(xì)胞，就能受到保護(hù)，從而正常發(fā)育。這樣的機(jī)制同樣存在于植株體細(xì)胞之中。
為了論證這一假設(shè)，萬(wàn)建民團(tuán)隊(duì)請(qǐng)來(lái)了擁有多年實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員吳傳銀，他是植物組織培養(yǎng)和遺傳轉(zhuǎn)化方面的資深專(zhuān)家。
為了確保每一論證步驟的精準(zhǔn)，吳傳銀從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到載體構(gòu)建，再到轉(zhuǎn)化和統(tǒng)計(jì)分析都進(jìn)行了細(xì)致的設(shè)計(jì)。
2021年夏天，吳傳銀興奮地?fù)芡送醭埖碾娫挘骸澳銇?lái)一趟北京，到實(shí)驗(yàn)室見(jiàn)證。”
當(dāng)王超龍看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果與假設(shè)完全一致時(shí)，他喊了一聲：“找到了！”
“破壞者”“守衛(wèi)者”這兩大“主角”找到了，可“攻守”機(jī)制又是如何發(fā)揮作用的呢？
“不要單打獨(dú)斗，要善于合作攻關(guān)?！边@是萬(wàn)建民最常說(shuō)的一句話。
在清華大學(xué)教授柴繼杰、香港中文大學(xué)教授姜里文等資深專(zhuān)家的幫助下，王超龍與中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員熊葉輝深入交流，從蛋白水平上解析了“破壞者”是通過(guò)與細(xì)胞中能量工廠線粒體的一個(gè)核心功能蛋白相互作用，干擾線粒體的產(chǎn)能功能，使花粉因缺少能量不育。而“守衛(wèi)者”可與“破壞者”直接互作，阻止“破壞者”進(jìn)入產(chǎn)能工廠，使其不能“作亂”，花粉從而能正常發(fā)育。
至此，經(jīng)過(guò)13年的聯(lián)合攻關(guān)，“雜種不育”難題終于被弄清了。
將理想融入國(guó)家需求
面向國(guó)家需求、解決重大科學(xué)問(wèn)題，這是萬(wàn)建民團(tuán)隊(duì)30年來(lái)書(shū)寫(xiě)的“糧豐民安”科研故事的主題。
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，但同時(shí)會(huì)出現(xiàn)花粉不育、小穗結(jié)實(shí)率低、子粒不飽滿等“雜種不育”現(xiàn)象。
“結(jié)實(shí)率80%是前提，如果達(dá)不到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，就沒(méi)法實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)?！比f(wàn)建民說(shuō)。
30年來(lái)，該團(tuán)隊(duì)已發(fā)現(xiàn)、定位和命名了27個(gè)不育基因和廣親和基因。
30年來(lái)，只要條件允許，萬(wàn)建民都會(huì)在周末回到南京農(nóng)業(yè)大學(xué)。
“周五搭乘最晚的航班去南京，周日再搭乘最晚的航班回北京。在我的日程表中，沒(méi)有‘周末’一說(shuō)?！比f(wàn)建民說(shuō)。
每年5月至6月，在南京市江寧區(qū)的土橋社區(qū)水稻實(shí)驗(yàn)基地中，萬(wàn)建民團(tuán)隊(duì)100多位師生一起播種、拔秧、排秧、插秧。萬(wàn)建民有時(shí)間便會(huì)參與其中，用行動(dòng)告訴學(xué)生，“做水稻研究，一定要到田間去，一定要緊跟生產(chǎn)實(shí)際”。
水稻育種是一項(xiàng)長(zhǎng)周期科研工程。為了完成育種任務(wù)，有時(shí)萬(wàn)建民團(tuán)隊(duì)成員要搜集上萬(wàn)份種質(zhì)資源，耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間。例如，該團(tuán)隊(duì)用18年發(fā)掘水稻半不育基因PSS1，用25年才發(fā)現(xiàn)水稻部分顯性矮稈多分蘗基因D53……
除了產(chǎn)出高水平研究成果，30年來(lái)，這支團(tuán)隊(duì)還圍繞水稻的抗性、品質(zhì)、氮高效利用、耐鹽堿水稻品種挖掘等解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，打通基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究，串聯(lián)起水稻育種的上、中、下游。
“他們將個(gè)人理想融入國(guó)家和人民需要，將研究工作聚焦國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，追求真理、不畏艱難、勇于創(chuàng)新，集智攻關(guān)。正基于此，萬(wàn)建民團(tuán)隊(duì)才實(shí)現(xiàn)了一個(gè)又一個(gè)的突破。”南京農(nóng)業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)陳發(fā)棣說(shuō)。
返回頂部