“水稻的祖先野生稻是匍匐著生長的,經過長期馴化栽培稻變成了立著生長,原因是什麼?這是長期未解之謎,直到我們找到了讓水稻‘站’起來的基因,才被破解。” 林鴻宣院士說了這樣一個有趣的現象。
而他,現在正在找的,是水稻的抗逆基因,如果挖掘到這樣“優良”基因,就可提高水稻抗逆能力,從而實現增產。
可是,要在一片稻田裡找到那株攜帶優良基因的水稻談何容易,而且一株細細的水稻上,又藏著四萬多個基因,要找到那個關鍵的基因,更不容易。
“像大海撈針一樣。”中國科學院院士林鴻宣,雖然已經在破解水稻基因密碼的道路上走了近四十年,但他卻依然在繼續。
“那時糧食非常緊張,研究水稻意義更大”
1960年,林鴻宣出生在海南東昌農場,從小學到高中都是農場學校,一直沒有離開過農場。直到1979年9月,林鴻宣考入夢寐以求的華南農學院(現華南農業大學)農學系,這讓他有機會接觸到遺傳學的奧秘。
“因為水稻是口糧嘛,那時候溫飽都有問題,糧食非常緊張,我想研究水稻的意義更大一點。”本科畢業設計時,每位學生都要選一種作物進行研究,水稻、小麥、玉米都可以,林鴻宣選擇了水稻。
就這樣,林鴻宣從本科畢業開始,走上了“做水稻”的科研道路,而這,一干就是近四十年。
為了學到更多的水稻遺傳育種學知識,林鴻宣報考了中國農業科學院研究生院,並如願來到中國水稻研究所深造,之後他又考取了博士。林鴻宣回憶,“當時已經結婚,孩子還小,都是等小孩睡了之後再看書。”1997年8月,林鴻宣又前往日本國立農業生物資源研究所水稻基因組計劃專案(RGP)進行博士後研究。
2000年,還在日本的林鴻宣瞭解到中科院植物生理生態研究所(現中科院分子植物科學卓越創新中心)正在招聘人才,他說:“我當時非常激動,覺得這是一個發揮專長、為國效力的好機會,出國幾年,希望能回來為國家做點事。”
2001年,林鴻宣進入中國科學院植物生理生態研究所,開始從事水稻重要複雜性狀遺傳與功能基因組學研究。
“做實驗到田裡面,要更接地氣”
在日本時,林鴻宣主要研究水稻抽穗期性狀,回國後,他卻改變了研究方向,轉而研究水稻抗逆性狀和產量性狀。
為什麼?林鴻宣解釋道:“這是對我們國家更重要的性狀,研究這些性狀,對解決糧食作物的實際生產問題非常有意義。”
抗逆性是植物對抗不良的外部環境非生物因素所具備的能力,如抗旱、抗鹽鹼、抗高溫等。我國鹽鹼地多,高溫、乾旱都會直接影響到水稻生產,而找到抗逆優良基因,可以提高水稻產量。
然而,這是一個難啃的“硬骨頭”。
尋找水稻的關鍵基因要透過大規模的實驗篩選鑑定,每年最熱的七八月間,林鴻宣都要親自帶著學生下到農田裡,觀察水稻生長性狀。“研究遺傳一定要有材料,沒有材料就會變成無米之炊。” 林鴻宣跟學生強調,“我們所做的基礎研究和農業比較密切,必須要到大田裡面,要更接地氣一點。”
在取樣的季節,早上六點多鐘起來,林鴻宣和助手單軍祥、葉汪薇及學生一起乘坐大巴去農場, 20多個人,頂著炎炎烈日,在稻田裡一株一株地取樣。草帽、毛巾、水田靴三件套,深一腳、淺一腳。學生董乃乾回憶:“林老師總是堅持到最後才走,傍晚時水稻倒在田裡,非常不好收,林老師就一點一點地扒出來,一個株系一個株系對應好收起來。”
“要耐得住寂寞,要有坐冷板凳的決心”
水稻一年只生長兩季,這就註定是一個漫長的週期。
在上海的松江農場,五月份播種,六月份插秧,七月份取樣,九月份收種;在海南的南繁基地,十一月底播種,一月份取樣,四月份收種回來,年復一年……
稻子一天天成長,從綠油油到金燦燦,生命的軌跡緩慢向前,週而復始,也考驗著研究者的耐心和恆心。
林鴻宣與學生在實驗室。
林鴻宣坦言,少年時代聽聞陳景潤、居里夫人的故事對他影響很大。陳景潤經過多年的計算,發表了“1+2”的詳細證明,樹立起哥德巴赫猜想研究上的里程碑。居里夫人從大量的礦石裡面提煉鐳元素,透過十幾年的努力終於成功。這種心無旁鷺的鑽研精神一直引領和激勵著他在稻田裡默默研究。
在林鴻宣看來,搞科研都要有“坐十年冷板凳”的決心,農學更是如此。他回憶自己本科做畢業設計時,研究水稻的性狀遺傳,“靠一根尺子,到稻田裡量性狀,只能做宏觀方面的統計分析,沒有進入到分子水平。”
“水稻的週期非常長,我們做遺傳學研究,沒有六、七代以上的連續跟蹤和研究,不可能有可信的結果。”水稻研究,要耐得住寂寞,林鴻宣說:從幾萬個基因裡找出目標基因,一年兩年做不出來,七八年才能成功。”
“不學七年,不是農學人”,博士畢業一般是五年,但林鴻宣帶的博士生,畢業都要達到七年這個最後年限。
“從追趕到領跑,要讓好的水稻基因打上中國印記”
厚積才能薄發,林鴻宣從回國到出成果,一等就是五年。
2005年,林鴻宣帶領研究團隊在建立一系列的遺傳材料基礎上,首次成功克隆了水稻耐鹽QTL即SKC1基因,並且闡明作用機理,成為該領域的研究範例,揭開了水稻抗逆基因的奧秘。
林鴻宣回憶,當時國外一家雜誌的編輯剛好來到上海,好奇是哪個實驗室做出來的,就託人找到他,並且希望能夠參觀實驗室。
“春種一粒粟,秋收萬顆子。” 研究水稻的過程,也是以水稻為師的過程,耐心和堅持在漫長的等待中不斷被磨礪,終將迎來豐收的季節。
2007年,林鴻宣團隊成功克隆了控制水稻粒型的關鍵基因,揭示了相關分子遺傳機理,為作物高產育種提供了有價值的新基因。
2008年,林鴻宣團隊從“海南普通野生稻”中成功克隆了控制水稻株型馴化的關鍵基因,該研究首次闡明瞭水稻株型馴化的分子遺傳機理,為作物高產株型分子育種提供了新線索。
2015年林鴻宣研究組分離克隆了一個控制水稻抗熱的新基因,2021年他們剛剛又挖掘出另外一個水稻抗熱重要基因,並揭示了抗熱的分子調控新機制,為培育抗熱高產新品種提供了重要基因資源。
“基礎研究一定要發表論文,佔領智慧財產權高地。”林鴻宣說,“這對我們國家還是非常重要的,從追趕到領跑,好的水稻基因要打上中國印記”。
截至目前,林鴻宣研究組在水稻關鍵基因方面已經獲得18個重要專利。而中國在水稻基因組與功能基因組研究領域,經過二十多年的發展,也走在了世界前列。
林鴻宣憶起1997年在日本做博士後,當時日本的水稻基因研究處於前列,而中國還有很大的差距。
如今,水稻已成為中國拿得出手的、可以在國際上比一比的研究領域。國際頂尖學術期刊《Nature plants》曾發表社論稱“中國水稻基因組與功能基因組,這個研究領域是國際領先的。”
“這是別人說的,不是我們自己說的。”林鴻宣自豪地說。
“我們團隊在這個領域做出了一點貢獻,我覺得非常高興。”林鴻宣說:“科研不是一朝一夕的事,成果都是一步一個腳印走出來的。鍥而不捨,金石可鏤,這句話剛好符合我的性格,科研這麼多年,我也碰到過很多困難,但做什麼事情認對方向,一定要堅持下去。”(圖片由受訪者提供)
(責編:王文娟、軒召強)
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