中科院遺傳發(fā)育所李家洋院士研究組與嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)院李金軍研究組合作運(yùn)用的“分子模塊設(shè)計(jì)”育種技術(shù)，克服了水稻育種周期長(zhǎng)、偶然性大和育種效率低下等缺點(diǎn)，可以對(duì)當(dāng)前應(yīng)用的品種缺點(diǎn)進(jìn)行精確改良，容易實(shí)現(xiàn)多個(gè)優(yōu)良基因(性狀)的聚合。新華社記者金立旺攝

　　過(guò)去十多年中，曾多次伴隨中國(guó)科學(xué)家登上國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊的水稻，又在剛剛揭曉的2017年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)的榜單上亮相。猶如稻穗需要三季才能成熟，這項(xiàng)頗有故事的重量級(jí)研究，前后延續(xù)了近20年。

　　瞄準(zhǔn)保障國(guó)家糧食安全這一重大需求，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員李家洋、中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所研究員韓斌和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院中國(guó)水稻研究所研究員錢前，帶領(lǐng)各自科研團(tuán)隊(duì)密切合作，圍繞培育出“高產(chǎn)又好吃”的水稻，深入探究分子機(jī)理、繪制基因圖譜，使中國(guó)水稻研究從參與全球重大科研計(jì)劃起步，逐步走到了引領(lǐng)世界作物科學(xué)研究的前沿，中國(guó)的植物生物學(xué)研究由此在全球確立了卓越地位，被稱為“中國(guó)復(fù)興”。

　　鍥而不舍探究“理想株型”

　　水稻是世界三大糧食作物之一，全球水稻專家都在研究如何提高其產(chǎn)量。莖稈偏矮、粗壯，分蘗數(shù)量合理，既適合稻田密植，又能適當(dāng)通風(fēng)，有利于光合作用，而且每個(gè)分蘗上都能結(jié)很多穗兒，穗粒大而飽滿——這是科學(xué)家心目中水稻的理想株型。如果現(xiàn)實(shí)中可以有水稻長(zhǎng)成這樣，產(chǎn)量有望比現(xiàn)在的高產(chǎn)水稻品種再提高約10%。

　　可就如翩若驚鴻的洛神只存于詩(shī)賦中，現(xiàn)實(shí)中要尋找這樣一株“理想水稻”，談何容易？然而，中國(guó)科學(xué)院院士李家洋卻在無(wú)意中發(fā)現(xiàn)了這樣一株水稻材料。他如獲至寶地將這株水稻帶回實(shí)驗(yàn)室，一邊留種，一邊用分子生物學(xué)手段，尋找決定其“十全十美”外型的基因。本以為，這會(huì)牽涉到很多個(gè)基因，可沒(méi)想到，李家洋團(tuán)隊(duì)最后發(fā)現(xiàn)，只靠一個(gè)控制植物激素獨(dú)腳金內(nèi)酯的基因IPA1，就搞定了這所有性狀。

　　是李家洋的運(yùn)氣特別好嗎？面對(duì)記者半開(kāi)玩笑的提問(wèn)，中國(guó)科學(xué)院院士韓斌說(shuō)，好運(yùn)從來(lái)不會(huì)無(wú)緣無(wú)故降臨到一個(gè)人身上。在水稻株型的研究上，李家洋在世界上也算數(shù)一數(shù)二。他花費(fèi)大量精力，把世界上所有水稻株型幾乎都研究了個(gè)遍。即使在擔(dān)任中國(guó)科學(xué)院副院長(zhǎng)、農(nóng)業(yè)部副部長(zhǎng)期間，他也堅(jiān)持下班就去實(shí)驗(yàn)室——十幾年如一日，不曾松懈。

　　“理想株型”的模樣，在他腦海中縈繞了何止千百遍。所以，才會(huì)有“眾里尋他千百度，驀然回首”的驚喜“相遇”。

　　培育優(yōu)質(zhì)水稻可“按圖索驥”

　　這個(gè)一等獎(jiǎng)中的“上海貢獻(xiàn)”來(lái)自韓斌院士的團(tuán)隊(duì)，他們繪制的水稻基因圖譜，為育種專家提供了一份“基因指南”。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，過(guò)去育種找材料，需要得到種子才能知道飯粒是否軟糯清香；而現(xiàn)在只需要取下葉片，測(cè)一下基因，就可以對(duì)品質(zhì)好壞判斷個(gè)八九不離十。如果說(shuō)，傳統(tǒng)水稻育種好比盲人摸象，那現(xiàn)在就如按圖索驥。

　　繪制出這樣一份基因圖譜，韓斌耗費(fèi)了20年的苦功。早在1998年，韓斌課題組就開(kāi)始參與國(guó)際水稻基因組計(jì)劃的測(cè)序工作，完成了水稻4號(hào)染色體的精確測(cè)序。這項(xiàng)工作被英國(guó)《自然》雜志譽(yù)為“里程碑式的事件”。

　　“接下來(lái)，我們做了幾百種野生水稻的基因測(cè)序，想從中挖掘更多的優(yōu)良基因，使它們更健壯、高產(chǎn)?！表n斌說(shuō)，沒(méi)想到的是，通過(guò)基因比較，他們竟無(wú)意中梳理出了水稻馴化源頭的線索，由此排出了一幅較為完整的“水稻家譜”：栽培水稻與廣西珠江流域的野生稻種最為相近，在8000多年的馴化歷史中，中國(guó)的粳稻先被馴化，傳入東南亞與當(dāng)?shù)匾吧倦s交產(chǎn)生秈稻后，又再次“僑歸”。

　　最終，韓斌要攻克的是植物遺傳學(xué)研究的“圣杯”——雜種優(yōu)勢(shì)遺傳機(jī)制。他的學(xué)生黃學(xué)輝用大數(shù)據(jù)方法，對(duì)1495份雜交稻的上萬(wàn)個(gè)親本后代植株進(jìn)行基因組測(cè)序，在1%的基因差異中，找到了影響水稻品質(zhì)的不同基因。比如，影響口味的指標(biāo)有淀粉長(zhǎng)鏈支鏈多少、糊化溫度、膠稠度，只要水稻品種包含相應(yīng)基因，其口感就可推斷出來(lái)。

　　說(shuō)來(lái)輕松，可要得到這份圖譜，不僅需要大量基因測(cè)序的數(shù)據(jù)，還需要田間實(shí)際測(cè)量的水稻生長(zhǎng)數(shù)據(jù)。在海南三亞的稻田間，科研人員從稻種萌發(fā)的那一刻，就開(kāi)始記錄萌發(fā)時(shí)間，測(cè)量秧苗高度，一發(fā)現(xiàn)蟲(chóng)害就除蟲(chóng)，結(jié)實(shí)時(shí)還要防鳥(niǎo)偷吃……韓斌說(shuō)，這比農(nóng)民種地還要精細(xì)、辛苦幾百倍，因?yàn)閿?shù)據(jù)容不得半點(diǎn)差池，不然就要再等一季。

　　深入研究使栽培稻“量質(zhì)雙收”

　　李家洋、韓斌、錢前三位科學(xué)家十幾年密切合作，從分子機(jī)理、基因組的基礎(chǔ)研究入手，為培育“高產(chǎn)又好吃”的水稻品種鋪平了道路。如今，在這些理論成果的指導(dǎo)下，嘉優(yōu)中科系列、廣兩優(yōu)7203等品種已在培育之中。

　　與此同時(shí)，他們也將中國(guó)的作物研究帶到了世界前沿。去年2月，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然·植物》雜志發(fā)表編輯部評(píng)論稱，中國(guó)的植物生物學(xué)研究已經(jīng)確立了在全球的卓越地位，特別是水稻生物學(xué)、遺傳學(xué)和群體基因組學(xué)研究已經(jīng)引領(lǐng)世界水稻乃至作物科學(xué)研究，可謂“中國(guó)的復(fù)興”。

　　栽培水稻雖然符合人類對(duì)糧食的需求，但在人工選擇中，它丟失了很多在自然界頑強(qiáng)生存的基因，一旦發(fā)生氣候變化或自然災(zāi)害，很難抵御環(huán)境變化。韓斌說(shuō)，接下來(lái)，他們還將深入研究，使栽培稻在全球變暖的大背景下，能夠具備穩(wěn)定高產(chǎn)、保持優(yōu)質(zhì)的能力。

　?。ㄔd于《文匯報(bào)》 2018-01-10 07版）