【BioArt】刘耀光院士团队、黄三文研究员团队成果获2018年度国家自然科学奖二等奖

　　2019年1月8日，2018年度国家科学技术奖揭晓，共评出285个项目。其中，国家自然科学奖38项，国家技术发明奖67项，国家科学技术进步奖173项。最高科学技术奖，授予了哈尔滨工业大学刘永坦院士，中国人民解放军陆军工程大学钱七虎院士。

　　38项国家自然科学奖中，刘耀光院士团队完成的“杂交稻育性控制的分子遗传基础”和黄三文研究员团队完成的“黄瓜基因组和重要农艺性状基因研究”获二等奖。

　　一、杂交稻育性控制的分子遗传基础

　　主要完成人：刘耀光、罗荡平、王中华、龙云铭、唐辉武

　　生殖发育是高等植物繁育的重要环节。杂交稻的培育与大规模推广应用是我国在农业领域最重要的科技成果之一，育性控制是杂交稻遗传育种的关键问题，阐明其分子机理有重要理论和实践意义。

　　主要研究内容：

　　本项目围绕杂交稻育性遗传控制的关键问题系统地开展研究：（1）分析孢子体型和配子体型细胞质雄性不育与恢复性的遗传规律，克隆细胞质雄性不育基因和恢复基因，揭示其功能和相互作用的分子机理，发掘新不育细胞质在杂交稻育种中的应用；（2）定位和克隆籼粳杂种雄性不育和亲和基因，阐明等位基因相互作用的分子机理模型，追溯相关等位基因的不亲和性与亲和性的分化模式，探索在杂交稻育种中克服籼粳杂种不育性的技术方法。

　　该成果是我国杂交水稻分子遗传基础研究上的突破性进展：

　　（1）对植物细胞质雄性不育和育性恢复性的研究，阐明植物核质互作的分子机理有普遍的科学意义；

　　（2）在阐明生物进化中生殖隔离形成的分子机理上具有重要理论价值；

　　（3）对作物杂交育种、杂种育性障碍的克服以及杂种优势利用提供理论和技术方法指导。

　　该成果在Nature Genetics、Plant Cell、PNAS、Molecular Plant、JIPB等刊物发表论文25篇，获得广东省科学技术奖一等奖1项，大北农一等奖1项，获发明专利7项，获全国优秀博士学位论文奖1项，并入选科技部“973 计划”十周年纪念活动的代表性成果。该成果受到学术界的高度评价，被4篇文章专题评述,被“F1000”推荐评论5次。代表论文被包括Nature, Science,Nature Reviews Genetics, Annual Review Plant Biolog等SCI他引616次，总他引836次。

　　二、黄瓜基因组和重要农艺性状基因研究

　　主要完成人：黄三文、张忠华、尚轶、金危危、陈惠明

　　在蔬菜遗传育种研究进展缓慢的背景下，项目以第一大设施蔬菜作物黄瓜为研究对象，针对其遗传基础狭窄限制遗传研究的问题，通过研究基因组序列特征、起源和演化等为加速遗传育种进程提供新知识和工具，并在黄瓜苦味和单性花的遗传和调控机制方面做重点示范性突破。主要发现点如下：

　　解析了黄瓜基因组序列特征和遗传基础狭窄形成的基因组演化历史

　　（1）首次利用新一代测序技术完成了世界上第一个蔬菜作物的基因组框架图，获得2万3千多个基因，发现了重复序列的主要类型和分布特征，基因组未发生近期全基因组复制是基因多样性低的一个重要原因。（2）构建了黄瓜首张饱和遗传图谱、细胞图谱、遗传-物理整合图谱和变异组图谱，发掘了330多万个分子标记，成为黄瓜遗传和生物学研究的重要信息和工具，突破了遗传基础狭窄的限制。（3）在黄瓜和甜瓜分化形成过程中，发现黄瓜7条染色体中的5条由祖先种12条中的10条两两融合而成，且二者共线性区域存在着丝粒“位移”的现象，这是首次在植物中发现此类现象，这成为黄瓜遗传基础狭窄的历史原因。

　　阐明了黄瓜驯化和分化的基因组学基础

　　发现黄瓜种质资源可分为印度野生类群和三个栽培类群（东亚、欧亚和西双版纳），其中印度野生类群具有最高的遗传多样性和重组频率，是将来遗传育种的重要材料；发现黄瓜的驯化主要发生在基因组的112个区域，其中包括果实大小等驯化基因；发现了控制栽培群体之间表型分化的上百个基因组区域，快速克隆了西双版纳黄瓜果实积累beta胡萝卜素的控制基因。这为利用黄瓜种质资源挖掘重要功能基因和遗传育种提供了知识和工具，并为研究其它植物驯化和分化提供了借鉴。

　　揭示了黄瓜苦味和单性花形成的遗传和调控机制

　　以上述知识和工具为基础，重点在苦味和单性花形成方面进行了攻关。（1）克隆了黄苦味物质合成通路的9个酶基因，包括一个共表达基因簇，并发现2个分别在叶和果实中调控合成的“主开关”基因。这是首次发现植物调控共表达基因簇的“主开关”基因，揭示了植物次生代谢精确调控的新机制，也为解决华南黄瓜逆境发苦的生产问题提供了分子育种方案。（2）克隆了控制黄瓜雌花与两性花转变的关键基因，成为全面揭示黄瓜雌花形成遗传基础的重要基因，并且克隆了控制黄瓜早开花的关键基因，为培育早熟高产黄瓜品种提供了理论支撑。

　　在Science、Nature Genetics、PNAS等期刊发表的20篇论文被SCI他引1372次，黄瓜基因组数据库每年被访问近2万次。Nature Genetics通过社论高度评价了论文1，Faculty of 1000重点推荐了论文4（“这项优秀的研究揭示了重要蔬菜黄瓜在驯化和育种中的基因组变化，有利于未来分子育种”）和论文5（“很好地展示了最前沿基因组学在理解植物驯化和合成代谢物中的应用”）。项目推动了首个蔬菜遗传育种方向国家973计划项目的立项，培养国家重大人才专项入选者3名，获周光召基金会“基础科学奖”、中国青年科技奖和中国园艺学会“华耐园艺科技奖”，提升了我国蔬菜学科基础研究的水平和国际影响力。