中国水稻研究缘何引领世界

2017年07月28日15:08  来源:科技日报
 
原标题:中国水稻研究缘何引领世界

  知识分子

  邸利会

  从2002年4月《科学》杂志以罕见的体量介绍中国科学家完成的籼稻基因组测序工作,到今年2月《自然植物》杂志在社论“中国的复兴”中称赞我国水稻研究,业内人士已不怀疑这样的论断:中国的水稻研究已经引领世界。

  从跟跑,并跑,直至领跑,中国的水稻研究如何走向卓越?研究水稻20年的植物分子遗传学家李家洋以及他的几位同事讲述了我国水稻研究这一“涅槃”的过程。

  科研人员誓为国家研究水稻

  与今天人们更加关心健康不同,用“7%的耕地能否养活22%的人口”,也就是粮食安全,是20世纪的中国需要首先面对的问题。

  1994年,李家洋从美国康奈尔大学汤普逊植物研究所回到了中国科学院遗传所。回国后不久,他从拟南芥的研究转向了水稻的研究。提起这一转变,他说,这是为了和当时国家的需求相契合。随后回国同样到遗传所工作的储成才和傅向东也做出了同样的选择。

  不过,虽然水稻研究是“国家需求”,但在2000年左右,中国的实验条件和科研经费都还捉襟见肘。储成才说:“科研人员那时候从国外回来,在包里都会装两包小的进口离心管,洗了重新用,枪头什么的,也是一样。”而经费方面,储成才申请到的第一笔国家自然科学基金,3年的项目总金额只有8万元。早几年回国的李家洋的情形也好不到哪里。

  不过,正是在这样的条件下,李家洋将图位克隆技术(Map-based cloning)在水稻中建起来了。2003年,李家洋领导的研究组分离鉴定出控制水稻分蘖的基因与控制茎秆强度的“脆秆”基因。这两篇文章不仅应用图位克隆技术将相关的基因克隆出来,而且是我国作物领域做功能基因研究的第一次。

  李家洋说:“这些工作的意义在于,在方法学上开创了前进的道路。这个方法建立之后的几年里,中国在水稻功能基因方面的研究工作就突飞猛进,应该说这些工作起到了关键的引领作用。不仅如此,在当时相对窘迫的科研环境下,这一成功在心理上也给其他的中国水稻研究者以很大的激励。”

  不过,对于基础研究来说,投入不足显然无法保证科研工作的持续进行,更遑论一流的成绩。好在,国家的重视,乃至及时的投入帮助了科研工作的持续发展。

  上世纪90年代末,我国参与了“国际水稻基因组计划”,承担了第4号染色体的测序工作。之后,中国主导的“中国超级杂交水稻基因组计划”启动。2001年,中国联合研究组后来居上完成了籼稻基因组工作框架图的绘制。这一工作获得了国内外的广泛赞誉。随后中国也启动了多项作物研究计划。

  当然,水稻能吸引大量的研究者,也与它自身的一些优势有关。在科研人员眼中,水稻不仅是非常重要的作物,而且也是非常理想的单子叶模式植物。水稻的基因组较小,在作物中第一个完成了测序,加之较容易转化,一大批优秀的中青年科学家进入了这一领域。

  “我想水稻的成功和这一领域拥有非常强大的科学家群体是分不开的。”李家洋说,“像以袁隆平先生为代表的老一代水稻育种家,到张启发和韩斌为代表的中青年优秀科学家,灿若群星。特别是最近一二十年回国的以及我国自己培养的水稻研究科学家,他们都有非常杰出的工作。”

  水稻基础研究者与育种家“联姻”

  育种家负责培育新品种,水稻的基础研究者负责了解机理,这两者各有侧重。但实际上,要做“有用”且“有趣”的研究,二者不可能是“两张皮”。

  中国职业化的育种工作不仅由来已久,而且也在近代绿色革命中扮演了重要角色。大量的水稻突变体材料为水稻基础研究提供了便利。而育种家通常也会从生产角度提出需要解决的问题。“育种家的问题就是我们的课题。”在经历了十几年的水稻研究后,储成才这样总结道。

  傅向东也是一样,与育种家的紧密合作贯穿在他的水稻基础研究中。先前做拟南芥的他回国后并不清楚如何以水稻为材料开展研究。这个时候,育种家为他提供了所需要的材料以及问题的方向。随后,与育种家的合作成为了他科研工作的常态。“我们和各个层级的农科院、农业大学老师均有合作。他们懂生产和问题,我们懂理论和技术。和他们结合,我们就知道,针对哪些问题去做可能带来更大的贡献,或者带来的科学问题会有大的影响力。做基础的和育种家的有机组合,是水稻研究走在前列的一个非常重要的原因。” 傅向东说。

  扎实的基础研究与科研耐心

  虽然与育种家合作,创制优质水稻品种,但储成才认为,在基础研究领域,不宜片面强调应用和产业化目标。基础研究常常需要耐心,研究结果的产生需要积累。就拿他认为自己“最有用”的一项关于粳稻氮肥利用效率的研究来说,前前后后也经历不少时间。

  另一个例子是最近四川农业大学陈学伟研究组关于“稻瘟病”的研究。不过,这一成绩的取得也经历了十多年的时间。追溯起来,陈学伟最早分离2个抗稻瘟病的受体基因还是在遗传所的学生时代,也是在那时,他就对广谱抗病品种“地谷”开展了研究。

  中国水稻研究仍有新挑战

  不过,已经引领世界的水稻研究,前方的道路并非平坦。由于农业成本投入居高不下,国外相对便宜的农产品也在冲击着国内农业市场。进一步降低生产成本,环境成本,提升品质依然是需要长期努力的目标。

  未来的水稻研究也离不开各个方向研究人员的通力合作,特别是农作物抗病、耐逆性状与产量,这些优异性状之间如何组合又是一个新的挑战。

  不过,新生研究力量的加入,让这批农业科学家们对未来感到乐观。而且,无论是个人待遇、实验条件、经费支持,一切都已今非昔比。如果正常发展,其他作物的研究,乃至一般的植物生物学研究,水稻的成功将不难复制。(作者系知识分子微信公众号主笔)

(责编:任志慧、邓楠)