破解水稻生殖隔离之谜 万建民院士团队捧得“CNS大满贯”

经过多年联合攻关，由中国工程院院士万建民领衔、南京农业大学和中国农业科学院作物科学研究所的科研团队，首次从分子层面阐明了籼稻和粳稻杂种不育分子机理、破解了水稻生殖隔离之谜。7月26日，该成果在国际权威学术期刊《细胞（Cell）》在线发表。至此，继2013年的《自然（Nature）》成果、2018年的《科学（Science）》成果，万建民院士团队在水稻分子遗传与育种领域接连取得重大科研突破，捧得了“CNS大满贯”。MvI新江南网|江南第一门户网

与籼稻亚种内杂交相比，籼稻和粳稻亚种间杂交水稻可将水稻单产提高15%以上，然而，同时会出现花粉不育、小穗结实率低、籽粒不饱满等“杂种不育”现象。MvI新江南网|江南第一门户网

“我从1991年开始研究‘水稻杂种优势利用’难题，这后来也变成了团队延续了30年的科研梦想。”在万建民看来，满贯是团队的“里程碑”，但绝不是“完结篇”。满贯在手，团队成员在欢欣鼓舞之余，展现出的却是“大事前有静气”的平和谦逊。是哪些特质造就了这样的学术氛围，又有哪些秘笈让这支队伍一次又一次地站在了领域内的科研之巅？MvI新江南网|江南第一门户网

细数CNS三个成果，几乎每一项都是“十年一剑”，并且无一例外地都是由年轻科研人员勇挑重担、多家单位联合攻关。MvI新江南网|江南第一门户网

《细胞》成果第一作者、南京农业大学农学院博士后王超龙说，2010年他师从万建民院士，一头扎入了水稻领域的世界难题“杂种不育”的机制探究。2015年，在经历了一次又一次的基因功能验证无效后，他发现是基因的定位区间错了，往前推，5年前他接手的试验材料关键单株就不准确，走错一步就是5年，后面的路该何去何从？MvI新江南网|江南第一门户网

“有曲折才证明有挑战，我们要做的，就是有挑战性的、有意义的课题！”导师万建民的一番话仿佛黑暗中投射的一道光，照进了王超龙的心里，万建民鼓励王超龙把这块硬骨头“啃”下去。2016年，王超龙从头开始、重新构建试验材料，杂交一代、回交四代，要做5次实验，为了最大限度地提高效率，他开始了在南京和三亚南繁基地的来回奔走。2019年，得到严谨实验数据的他再一次吃惊地发现，遗传机制和研究假设“对不上”！MvI新江南网|江南第一门户网

实验数据的论证必须足够精准可靠，万建民的方法是，让自己带领的南京农业大学和中国农业科学院作物科学研究所的两支科研团队分头推进、互不干扰，得出结论后再相互比对。MvI新江南网|江南第一门户网

“验证数据的那两年，我和农科院作科所的王建博士后通五六个小时的电话，讨论到凌晨两三点是常有的事。”王超龙说。经过2年时间，两位年轻科研人员进行充分的数据比对和讨论后，大胆提出了假设——并不是原先基因找错了，而可能是发现了一项新的遗传机制。MvI新江南网|江南第一门户网

为了论证这一假设，团队请来了拥有二三十年出色实验经验的农科院研究员吴传银，他是组培转化实验的资深专家，为了确保每一论证步骤的精准，从实验设计到载体构建，再到转化和统计分析，他都自己动手、没有丝毫马虎。2021年夏天，吴传银兴奋地拨通了王超龙的电话，“你来一趟北京，到实验室见证！”当王超龙看到用于验证的“GFP绿色荧光蛋白”的失色与变亮，与之前的假设完全一致时，他喊出了声：“找到了！”MvI新江南网|江南第一门户网

紧密连锁的两个基因被找到、“基因驱动”遗传机制被破解，“杂种不育”难题得到了全基因组层面的分析鉴定！这对于很多领域内的团队而言已经是一项很大的突破了，但热爱挑战、善“啃”硬骨头的万建民团队同步还在推进分子机制的研究。MvI新江南网|江南第一门户网

“不要单打独斗，要善于合作攻关。”这是万建民对学生最常说的话之一。在清华大学柴继杰教授、香港中文大学姜里文教授等资深专家的帮助下，王超龙与农科院熊叶辉研究员频繁交流、逐层深入，终于首次从分子层面阐明了水稻“杂种不育”的机理。MvI新江南网|江南第一门户网

“能够深入到基因功能水平，完成所有的基因编辑工作，并深入到该系统的细胞生物学层面，甚至到其在水稻的进化，这确实是一项令人震惊和了不起的成就。”《细胞》杂志送审专家对成果这样评价。MvI新江南网|江南第一门户网

30年来，万建民团队已发现、定位和命名了27个不育基因和广亲和基因，占国内外报道的一半以上。咬住“籼粳交”杂种优势有效利用难题不放，育性、株高株型、生育期，在这项被万建民视作系统工程的项目里，一个个关键基因被挖掘定位、一道道难啃的关口被解析破译。MvI新江南网|江南第一门户网

30年来，只要条件允许，万建民都会在周末回到南京农业大学，“周五最晚航班回宁，周日最晚航班回京，这样的节奏一周都没有打破，我的日程表中，没有‘周末’这一说。”MvI新江南网|江南第一门户网

每年5—6月，在南京江宁土桥基地，100多位团队师生齐上阵，插种、拔秧、排秧、插秧，场面壮观。只要时间允许，万建民都会一同参与其中，用行动告诉学生，“做水稻，一定要到田间去，一定要能紧跟生产实际。”MvI新江南网|江南第一门户网

清晰的科研规划，加上雷打不动的身体力行，团队成员一个个地也炼就了数十年如一日的坚守与恒心。水稻育种本身就是一项周期漫长的工程，将分子育种与常规育种相结合，能加速培育速度，但发掘优异基因，平均需要搜集上万份资源，耗费的人力、物力和时长，可想而知。MvI新江南网|江南第一门户网

团队发掘的水稻半不育基因PSS1花了18年，《自然》成果、水稻部分显性矮秆多分蘖基因D53用去了25年，《科学》成果、水稻“自私基因”的挖掘用了9年；这一次的《细胞》成果又长跑了13年！MvI新江南网|江南第一门户网

除了高水平研究成果迭出，30年来，团队围绕水稻的抗性、品质、氮高效利用、耐盐碱水稻品种挖掘等面向生产实际的课题也从未间断，真正打通了基础研究与应用研究，串联起水稻育种的上、中、下游。MvI新江南网|江南第一门户网