2023-03-22 15:13:58
利用秈粳亞種間雜種優(yōu)勢提高水稻產(chǎn)量一直是水稻育種專家的“夢想”。然而，一個多世紀(jì)來，秈粳雜種優(yōu)勢的遺傳基礎(chǔ)和應(yīng)用一直是世界性難題。
近日，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)歐陽亦聃教授、米甲明副教授聯(lián)手搭建克服秈粳亞種間雜種不育的“橋梁”，該研究可保障亞種間雜交稻的大田生產(chǎn)，實現(xiàn)了“一橋飛架秈粳，天塹變通途”的設(shè)想，對未來培育高產(chǎn)秈粳雜交稻具有重要的理論和實踐意義。
這是一場跨越30余年的“接力”，幾代人激揚夢想、追求卓越，他們一棒接著一棒跑，將寸寸光陰，濃縮進(jìn)行試驗，為秈粳雜種不育基礎(chǔ)和應(yīng)用研究鋪路架橋……
一場跨越30余年的接力
秈粳雜交具有半不育特性，其結(jié)實率很低，就像馬和驢雜交所生的騾子一樣，繁衍后代能力不足。
1984年，水稻科研工作者發(fā)現(xiàn)，在秈稻與粳稻兩大亞種之外，存在著一類特殊水稻種質(zhì)資源，它既能與秈稻“婚配”，又能與粳稻“婚配”，且雜交的后代結(jié)實率高，由此被稱為廣親和品種。找到并分離調(diào)控廣親和的基因，便可找到解決秈稻和粳稻雜交后代育性下降、結(jié)穗后空殼問題的“金鑰匙”。1990年，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)張啟發(fā)領(lǐng)銜的水稻團(tuán)隊便開啟了這場“秘境追蹤”。
在一屆屆師生前赴后繼的接力下，團(tuán)隊在秈粳雜種不育遺傳機(jī)理及廣親和性研究領(lǐng)域捷報頻傳。揭示了水稻秈粳雜種育性調(diào)控的分子機(jī)制，為有關(guān)秈粳雜種不育、物種生殖隔離分子機(jī)理、生物演化的研究提供了借鑒和參考，相關(guān)研究成果發(fā)表在Science雜志，這不僅是秈粳雜種不育研究的一次重大突破，也是水稻功能基因組發(fā)展中一個里程碑事件，讓培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的秈粳雜交稻的應(yīng)用研究駛?cè)肓丝燔嚨馈?/p>
2012年，常年駐扎在育種生產(chǎn)一線的牟同敏教授向張啟發(fā)院士推薦了米甲明進(jìn)入水稻團(tuán)隊開展博士課題研究。
作為水稻育種“出口端”的關(guān)鍵研究者，米甲明一進(jìn)入團(tuán)隊就被寄予了厚望：將發(fā)現(xiàn)的基因在育種實踐中用起來。
2013年，已在秈粳雜種不育研究領(lǐng)域探索了十年的歐陽亦聃愈發(fā)意識到：“要取得秈粳雜交育種研究的成功，必須與生產(chǎn)實踐相結(jié)合。只有這樣，秈粳雜交育種的‘鏈條’才能飛快轉(zhuǎn)動起來?！?/p>
在與米甲明多次深入交流后，歐陽亦聃欣喜地發(fā)現(xiàn)，倆人的科研正好可以“無縫對接”。他們一拍即合，由此開啟了長達(dá)十年的科研合作。
一段永不言棄的征途
做科研好比是攀登險峰，從來就不是一條坦途。
“信念是決定成敗的關(guān)鍵因素！”米甲明坦言，剛進(jìn)入團(tuán)隊時，世界范圍內(nèi)關(guān)于秈粳雜交育種實際應(yīng)用的研究都很少，早期的科研，就如同在黑夜中摸索。一年接著一年跋涉，扎根田間的日子里，他已經(jīng)記不得有多少次與朝霞為鄰，也記不得有多少天與星星做伴，成百上千次的試驗見證了他辛勤的汗水，也記錄了他從“無從下手”到“漸有眉目”的成長歷程。
伴隨著常人無法忍受的孤獨和艱辛。支撐米甲明將這份“倔強(qiáng)”進(jìn)行到底的，是導(dǎo)師牟同敏教授和張啟發(fā)院士潛移默化的影響，也有歐陽亦聃這位合作伙伴的鼎立支持。
“平日里，只要有新的想法，我們都會第一時間討論交流。一些自己苦思冥想都想不通的難題，也常常會在交流中迎刃而解。”米甲明說。2016年和2020年，兩人合作研究多次結(jié)出碩果，為后續(xù)研究奠定了良好的基礎(chǔ)。
作為這場接力賽中的重要人物，博士研究生周鵬輝與王正基同樣經(jīng)歷過早期探索的煎熬。
“我是懷著滿腔抱負(fù)進(jìn)入課題組的，2012年團(tuán)隊發(fā)表的那篇Science對我的觸動極深，憧憬自己有朝一日也能做出真正有價值的工作?！被貞浧饎傔M(jìn)入團(tuán)隊時的情形，周鵬輝百感交集。遺憾的是，科研探索的過程遠(yuǎn)比他預(yù)想得要艱難。
經(jīng)歷了漫長的田間試驗，博士研究生王正基剛邁出第一步便被“卡住”了。采集到的數(shù)據(jù)卻顯示異常，一年的工作“打了水漂”，王正基難免有些受挫。再次試驗，他更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卦O(shè)置種植條件，從播種、插秧，到建立隔離帶，搜集群體表型和基因型……每一步都小心翼翼。
辛苦付出沒有白費，當(dāng)遺傳分析結(jié)果出爐，他們倍感振奮，這場“接力賽”可以向前繼續(xù)奔跑了。
一次搭建橋梁的過程
“如果把高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的‘秈粳交’比作鵲橋相會，我們的工作就是努力搭建這座橋梁的過程?！睔W陽亦聃說。
傳統(tǒng)的育種模式好比是“大海撈針”，不僅需要龐大的研究群體，且需要進(jìn)行大量的試驗，選育一個好的品種，往往費時數(shù)年。即便是培育出優(yōu)良的秈粳交品種，也很難解釋其背后的機(jī)理，更無法在其他產(chǎn)區(qū)進(jìn)行大規(guī)模的選育。
“我們提出了一種‘最簡’基因組設(shè)計育種策略，讓育種過程盡可能簡潔、精準(zhǔn)。這一策略只需要三步即可完成，首先是通過遺傳分析確定建這座橋需要的主要‘零件’，在此基礎(chǔ)上畫出‘施工圖’，最后一步是進(jìn)行組裝。經(jīng)過驗證，這套策略可以極大地提高育種效率?！睔W陽亦聃說。
這套育種策略的誕生并非偶然。
2016年，團(tuán)隊已經(jīng)將秈粳雜種的結(jié)實率提升到了50%，但對于生產(chǎn)實踐而言，這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。如何讓這座橋更加實用？
2019年，團(tuán)隊進(jìn)一步將秈粳交的結(jié)實率提升到了70%，這一發(fā)現(xiàn)讓歐陽亦聃和米甲明喜出望外。兩人進(jìn)一步設(shè)想：是否能實現(xiàn)正常的結(jié)實85%以上？
彼時，王正基的遺傳分析剛好給出了答案。根據(jù)“施工圖”安排，2021年，田間驗證的接力棒交到了碩士研究生朱興臣手中。8月，武漢的陽光灼熱不堪，但當(dāng)沉甸甸的稻穗映入眼簾時，興奮感讓朱興臣滿身的疲憊一掃而光。經(jīng)過檢測，團(tuán)隊創(chuàng)制的廣親和品種，可培育花粉和胚囊育性超過90%、且能正常結(jié)實的秈粳亞種間雜交稻！
2023年2月26日，相關(guān)科研成果在Molecular Plant雜志發(fā)表后，受到了水稻雜交育種界廣泛關(guān)注，不少同行特地向團(tuán)隊發(fā)來祝賀。
欣喜之余，歐陽亦聃感慨良多：“沿著一個研究方向，咬定青山不放松，是水稻團(tuán)隊一直以來的傳統(tǒng)。接過前輩們手中的接力棒，我們將沿著他們的足跡，激揚夢想，追求卓越，在科學(xué)研究的道路上勇毅前行?！?/p>
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