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友媒视角| 读创科技:国家自然科学一等奖背后的“深圳故事”

来源: 发布者: 时间:2018年01月10日

作为中国首个国家创新型城市,深圳在2018年1月8日举行的国家科学技术奖励大会上成绩亮眼,一共有19家深圳高校、科研机构及企业主持或参与完成的15个项目荣获2017年度国家科学技术奖。但你所不知道的是,在同一场盛会上,被誉为中国自然科学领域最高奖项的国家自然科学一等奖,背后也有着一段深刻的“深圳故事”。

△ 2017年度国家自然科学一等奖项目攻关团队成员合影,左起依次为黄学辉、韩斌、李家洋、钱前、王永红

1月8日,中国科学院院士李家洋所领衔的攻关团队因“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”研究摘得了此项殊荣,团队主要成员包括了中国科学院上海生命科学研究院院士韩斌、中国农业科学院中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室钱前研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室王永红研究员和中国科学院上海生命科学研究院黄学辉研究员等科学家。

 

攻关团队前三人均为研究所学术委员

 

这项被中科院称为“水稻研究里程碑式的奖”与深圳有着密切的关系。钱前研究员告诉读创记者,深圳可以称得上是这个项目的“加速器”,如果要详细了解情况可以前往位于大鹏新区的中国农科院深圳农业基因组研究所。循着钱前的指引,1月9日,记者采访了另一位一直参与该项目研究的中国农科院深圳农业基因组研究所研究员熊国胜。

△ 参与国家自然科学一等奖项目研究的中国农科院深圳农业基因组所钱前团队。

△ 参与国家自然科学一等奖项目研究的中国农科院深圳农业基因组所熊国胜团队。

当得知读创记者采访的目的后,熊国胜说,1月8日,研究所朋友圈都被这条喜讯刷屏了。第一密切相关的是攻关团队成员,钱前是该所的创办所长和首席研究员,见证了该所从无到有并逐步发展壮大的过程。而李家洋、韩斌两位院士与钱前更都是该所新成立的第一届学术委员会委员。

第二是该所科研人员曾参与了其中的部分研究工作。中国农科院表示,中国水稻科研从传统育种转变成分子育种,从先行后知的选育到知行合一的定向筛选,这是为什么要在深圳建立基因组所的初衷,就是要加速这一进程。钱前在2017年3月高产优质水稻分子设计育种研究成果在世界著名期刊《自然-植物(Nature Plants)》上发表时曾接受读创记者采访,当时就曾表示,水稻基因多达4万个,每次杂交就是4万个基因与4万个基因重新产生排列组合。而这样的杂交和回交还要反复进行,过程的繁复可想而知。“之前16年的青春与汗水,放到现在利用基因组学技术,可能只需要3年左右。”钱前说,基因检测技术的不断提升,极大地提高了科研效率。

△ 2015年,科学家在海南参加理想株型主效基因IPA1学术会期间留影(左一为熊国胜研究员,左二为王永红研究员,左四为钱前研究员,左五为李家洋院士,左六为韩斌院士)

“李家洋、韩斌与钱前三人的合作开始于20年前,而此次获奖的项目是十多年合作的结果。”熊国胜表示,2009年,自己从美国博士后毕业就加入了李家洋院士实验室,研究如何通过改良株型提升水稻产量的分子机理,2014年加入深圳农业基因组研究所。

 

关联分析找出“质优”遗传调控网络

 

要摘得中国自然科学领域最高奖项,这项研究不仅关注如何提升水稻产量,科学家们更注重“优质性状”,也就是一般人所理解的“好吃”。“研究的关键是要实现高产与优质的统一。”熊国胜表示,一般来说,中国南方籼稻相对高产,北方粳稻相对口感更好,要实现两者的统一,除了要在产量上做文章外,更要弄清是哪些基因在品质形成过程发挥主要作用。

熊国胜告诉读创记者,水稻产量与株型相关,株型直接影响植株的光合作用效率与土地利用率,进而影响有效穗数和穗粒数,是决定水稻产量的关键因素。水稻的“理想株型”是现代育种理论和技术中追求的梦想,包括茎秆粗壮、根系发达、病虫害抵抗力强、分蘖适中、穗大粒多等多方面因素。

△ 2012年,李家洋院士在海南留影,他手中的正是现代育种梦寐以求的“理想株型”水稻。

攻关团队经过十多年不懈努力,发现分离了控制水稻理想株型的主效基因IPA1,随后又在在解析水稻株型形成的遗传调控网络的研究中,揭示了植物新型激素独脚金内酯调控株型发育的重要作用和调控机理,这两项成果先后入选“2010年度中国科学十大进展”和“2014年度中国科学十大进展”。

相对于水稻高产的遗传网络,“优质性状”的遗传网络更为复杂,科学家起初对于“优质性状”的分子机理并不明晰。“口感跟个人喜好相关”,熊国胜说,科学家就选了不同地区的“优质”水稻品种,创新地采用了关联分析法对淀粉合成途径基因进行研究。科学家发现“好不好吃”主要是由直链淀粉含量、胶稠度、糊化温度以及三者之间的互作而决定,发现了决定这3个性状的主效基因和微效基因及它们之间的作用关系,从而揭示了“优质性状”的遗传调控网络。

 

深圳成为率先实现项目产业化的城市

 

科学家通过开发全新的基因分型算法和水稻全基因组关联分析方法,对上千份不同遗传背景的代表性水稻种质资源和地方品种材料进行了系统分析,构建出高密度的水稻单倍体型图谱(一种针对染色体单体的大数据、高密度精细遗传图谱),摸清了世界水稻核心资源的遗传变异的“家底”,结合水稻“高产”与“质优”的分子机理研究获得的知识,为充分利用丰富多样的水稻遗传资源、开展水稻分子设计育种奠定了基础。

 “这项成果是长期、系统研究的成果,更与生产、生活需求密切联系。”熊国胜表示,科学家们走向田间地头,反复根据不同地区不同品种水稻进行改良。“针对质优水稻,我们重点提升它的产量;而对于产量高的,我们侧重于改变它的质量。”熊国胜透露,在主栽品种通过导入理想株型主效基因IPA1,在小区实验中实现了水稻产量5%到10%的提升。

在项目中,科学家成功选配出两个通过国家审定的杂交水稻组合——广两优7203和广两优7217,这两个组合已具备了“籼稻的株型,粳稻的品质”,标志着水稻分子标记育种取得了初步成绩。钱前表示,深圳市经信委产业化专项资金至今正支持这两个组合在广东省及南方省市推广种植,成为率先推动国家自然科学一等奖项目成果产业化的城市。

△ 2012年,李家洋院士与钱前研究员在江西省奉新县广两优7203种植现场。

水稻是超过60%中国人的主食,“如果说广两优7203和7217是高产与质优的第一代产品,那么科学家正在通过分子育种选配出第二代产品‘嘉优中科’系列。”熊国胜表示,这两个系列品种的推广应用将为水稻分子设计育种与生产的跨越式发展奠定开创性基础。

△ 2017年为迎接世界植物学大会,中国农科院深圳农业基因组研究所用“广两优7203、7217”织就了水稻图。

作为团队成员,熊国胜现在已经“扎根”深圳。说起“扎根”,还有两重意思,一是他作为深圳市国家级领军人才及海外高层次人才B类被引入深圳,已在这里安家落户。二是他到深圳后开始重点研究水稻根系生长发育。

“要减少水稻生产过程中化肥和水的使用,就要塑造发达根系,增加水稻的养分的利用效率。”熊国胜表示,在深圳这个创新创业氛围浓厚,年轻又有活力的城市,他将有信心带领团队在水稻研究上取得新的成就。

(文中图片由受访者提供)

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