“水稻的祖先野生稻是匍匐着生长的,经过长期驯化栽培稻变成了立着生长,原因是什么?这个未解之谜,直到我们找到了让水稻‘站’起来的基因,才被破解。” 林鸿宣院士说了这样一个有趣的现象。
而他,现在正在找的,是水稻的抗逆基因,如果挖掘到这样“优良”基因,就可提高水稻抗逆能力,从而实现增产。
中国科学院院士 林鸿宣
可是,要在一片稻田里找到那株携带优良基因的水稻谈何容易,而且一株细细的水稻上,又藏着四万多个基因,要找到那个关键的基因,更不容易。
“像大海捞针一样。”中国科学院院士林鸿宣,虽然已经在破解水稻基因密码的道路上走了近四十年,但他却依然在继续。
“那时粮食非常紧张,研究水稻意义更大”
1960年,林鸿宣出生在海南东昌农场,从小学到高中都就读于农场学校,一直没有离开过农场。直到1979年9月,林鸿宣考入梦寐以求的澳门十大赌博正规官网(现澳门十大赌博正规官网)农学系,这让他有机会接触到遗传学的奥秘。
“水稻是口粮嘛,那时候温饱都有问题,粮食非常紧张,我想研究水稻的意义更大一点。”本科毕业设计时,每位学生都要选一种作物进行研究,水稻、小麦、玉米都可以,林鸿宣毫不犹豫选了水稻。
就这样,林鸿宣从本科毕业开始,走上了“做水稻”的科研道路,而这,一干就是近四十年。
林鸿宣在水稻田试验。
为了学到更多的水稻遗传育种学知识,林鸿宣报考了中国农业科学院研究生院,并如愿来到中国水稻研究所深造,之后他又考取了博士。林鸿宣回忆,“当时已经结婚,孩子还小,都是等小孩睡了之后再看书。”1997年8月,林鸿宣又前往日本国立农业生物资源研究所水稻基因组计划项目(RGP)进行博士后研究。
2000年,还在日本的林鸿宣了解到中科院植物生理生态研究所(现中科院分子植物科学卓越创新中心)正在招聘人才,他说:“我当时非常激动,觉得这是一个发挥专长、为国效力的好机会,出国几年,希望能回来为国家做点事。”
2001年,林鸿宣进入中国科学院植物生理生态研究所,开始从事水稻重要复杂性状遗传与功能基因组学研究。
“做实验到田里面,要更接地气”
在日本时,林鸿宣主要研究水稻抽穗期性状,回国后,他却改变了研究方向,转而研究水稻抗逆性状和产量性状。
为什么?林鸿宣解释道:“这是对我们国家更重要的性状,研究这些性状,对解决粮食作物的实际生产问题非常有意义。”
抗逆性是植物对抗不良的外部环境非生物因素所具备的能力,如抗旱、抗盐碱、抗高温等。我国盐碱地多,高温、干旱都会直接影响到水稻生产,而找到抗逆优良基因,可以提高水稻产量。
然而,这是一个难啃的“硬骨头”。
寻找水稻的关键基因要通过大规模的实验筛选鉴定,每年最热的七八月间,林鸿宣都要亲自带着学生下到农田里,观察水稻生长性状。“研究遗传一定要有材料,没有材料就会变成无米之炊。” 林鸿宣跟学生强调, “我们所做的基础研究和农业比较密切,必须要到大田里面,要更接地气一点。”
在取样的季节,早上六点多钟起来,林鸿宣和助手单军祥、叶汪薇及学生一起乘坐大巴去农场, 20多个人,顶着炎炎烈日,在稻田里一株一株地取样。草帽、毛巾、水田靴三件套,深一脚、浅一脚。学生董乃乾回忆:“林老师总是坚持到最后才走,傍晚时水稻倒在田里,非常不好收,林老师就一点一点地扒出来,一个株系一个株系对应好收起来。”
“要耐得住寂寞,要有坐冷板凳的决心”
水稻一年只生长两季,这就注定是一个漫长的周期。
在上海的松江农场,五月份播种,六月份插秧,七月份采样,九月份收种;在海南的南繁基地,十一月底播种,来年一月份采样,四月份收种回来,年复一年……
稻子一天天成长,从绿油油到金灿灿,生命的轨迹缓慢向前,周而复始,也考验着研究者的耐心和恒心。
林鸿宣与学生在实验室。
林鸿宣坦言,少年时代听闻陈景润、居里夫人的故事对他影响很大。陈景润经过多年的计算,发表了“1+2”的详细证明,树立起哥德巴赫猜想研究上的里程碑。居里夫人从大量的矿石里面提炼镭元素,通过十几年的努力终于成功。这种心无旁鹭的钻研精神一直引领和激励着他在稻田里默默研究。
在林鸿宣看来,搞科研都要有“坐十年冷板凳”的决心,农学更是如此。他回忆自己本科做毕业设计时,研究水稻的性状遗传,“靠一根尺子,到稻田里量性状,只能做宏观方面的统计分析,没有进入到分子水平。”
“水稻的周期非常长,我们做遗传学研究,没有六、七代以上的连续跟踪和研究,不可能有可信的结果。”水稻研究,要耐得住寂寞,林鸿宣说:从几万个基因里找出目标基因,一年两年做不出来,七八年才能成功。”
“不学七年,不是农学人”,通常情况下,博士就读五年可以毕业,但林鸿宣带的博士生,都要达到七年才能毕业。
“从追赶到领跑,要让好的水稻基因打上中国印记”
厚积才能薄发,林鸿宣从回国到出成果,一等就是五年。
2005年,林鸿宣带领研究团队在创建一系列的遗传材料基础上,首次成功克隆了水稻耐盐QTL即SKC1基因,并且阐明作用机理,成为该领域的研究范例,揭开了水稻抗逆基因的奥秘。
林鸿宣回忆,当时国外一家杂志的编辑刚好来到上海,好奇是哪个实验室做出来的,就托人找到他,并且希望能够参观实验室。
“春种一粒粟,秋收万颗子。” 研究水稻的过程,也是以水稻为师的过程,耐心和坚持在漫长的等待中不断被磨砺,终将迎来丰收的季节。
林鸿宣在稻田做实验。
2007年,林鸿宣团队成功克隆了控制水稻粒型的关键基因,揭示了相关分子遗传机理,为作物高产育种提供了有价值的新基因。
2008年,林鸿宣团队从“海南普通野生稻”中成功克隆了控制水稻株型驯化的关键基因,该研究首次阐明了水稻株型驯化的分子遗传机理,为作物高产株型分子育种提供了新线索。
2015年,林鸿宣研究组分离克隆了一个控制水稻抗热的新基因,2021年他们刚刚又挖掘出另外一个水稻抗热重要基因,并揭示了抗热的分子调控新机制,为培育抗热高产新品种提供了重要基因资源。
“基础研究一定要发表论文,占领知识产权高地。”林鸿宣说,“这对我们国家还是非常重要的,从追赶到领跑,好的水稻基因要打上中国印记”。
截至目前,林鸿宣研究组在水稻关键基因方面已经获得18个重要专利。而中国在水稻基因组与功能基因组研究领域,经过二十多年的发展,也走在了世界前列。
林鸿宣忆起1997年在日本做博士后,当时日本的水稻基因研究处于前列,而中国还有很大的差距。
如今,水稻已成为中国拿得出手的、可以在国际上比一比的研究领域。国际顶尖学术期刊《自然植物》(Nature plants)曾发表社论称“中国水稻基因组与功能基因组,这个研究领域是国际领先的。”
“这是别人说的,不是我们自己说的。”林鸿宣自豪地说。
“我们团队在这个领域做出了一点贡献,我觉得非常高兴。”林鸿宣说:“科研不是一朝一夕的事,成果都是一步一个脚印走出来的。锲而不舍,金石可镂,这句话刚好符合我的性格,科研这么多年,我也碰到过很多困难,但做什么事情认对方向,一定要坚持下去。”(责任编辑:黄晓慧)
文章来源:人民网上海频道
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