水稻也能量身定制!稻田里的“农民博士”10年攻关让梦想触手可及
“低产低质”在水稻育种界一直被视为“水稻抗性之谜”。为了破解谜团,平衡产量与抗性,实现水稻的高产高质,王静与团队10年攻关,终于揭晓了谜底。
王静 四川农业大学教授、博士生导师,西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室党委书记,获国家优秀青年科学基金、第三届中国作物学会青年科技奖、第十五届四川省青年科技奖
与王静的采访约在正午一点,采访结束,她还要下田插秧。六月的川西阳光火辣,稻田里热浪蒸腾。“再热也得去,眼下正是水稻插秧期,必须尽快把秧苗插下去。”她插的不是普通秧苗,而是精挑细选的实验材料,“很珍贵,不敢假手他人,一定要自己动手。”田里劳作辛苦,王静却乐在其中,她喜欢工作带来的成就感。“365体育足彩,:总书记一直强调要攥紧中国种子,确保粮食安全,把中国人的饭碗牢牢端在自己手上。这不仅是一份嘱托,更是一份责任。”
破解智慧基因密码
王静因为“IPA1”研究的突破而备受关注。IPA1,水稻转录因子,可同时控制水稻产量和稻瘟抗性。通常说来,产量与抗性此消彼长,难以平衡,但IPA1却神奇地化解了这对矛盾,颠覆了“单个基因不能同时实现增产和抗病”的传统认知,而且它很“聪明”,善于“左右逢源”,会根据水稻实际情况自动选择提高抗性还是促进发育。
如此“智慧”的基因,其作用机理是什么?这是王静感兴趣的问题,因为“只有弄清其中奥秘,才能更广泛地应用。”于是“水稻转录因子IPA1如何促进高产并提高免疫”成了她的研究课题。
IPA1“聪明”,也“狡黠”,会机智地把自己“藏”起来,想发现它的奥秘并不容易。王静与团队借助分子设计育种技术开始攻关,破解智慧基因密码,实现“鱼与熊掌”兼得。
分子设计育种是一种常规的杂交育种,即先从野生资源或现栽培品种中找到有利的基因位点,把这些含有优异位点的资源作为亲本,通过杂交技术,将优异位点导入,从而获得新的优良品种的方式。“比如父亲想生一个双眼皮的娃娃,而他本人是单眼皮,那么他就要选择一个双眼皮的妻子,生下的娃娃才可能是双眼皮。”
杂交育种的前提是须先了解基因的遗传特性,因为杂交过程并不是A+B,当ABCD等多种基因共存时,还要考虑它们之间的作用关系。
王静和团队先对IPA1作用机理提出了各种假想,又在假想的基础上搭建分子模型,然后进行推理论证。然而遗憾的是所有假想都被证明是错误的,一个个模型也相继被推翻。之后又重修参数,重建模型,不断验证,又不断推翻,反反复复,这种困扰一直持续一年之久,研究陷入了瓶颈。那段时间王静特别煎熬,想不出究竟卡在哪里。
虽然屡战屡败,但也离真相越来越近。2017年,王静和团队发现,IPA1的磷酸化修饰是平衡产量与抗性的关键调节枢纽,换句话说,他们发现了IPA1“鱼与熊掌兼得”的信号通路!
大家为此雀跃。2018年9月,国际顶尖学术期刊《科学》发表了这项研究成果论文,作为论文第一作者,王静广受瞩目,并因此获得了第三届中国作物学会青年科技奖及第十五届四川省青年科技奖。
稻田里的农民博士
其实早在2006年,王静就开始接触IPA1了。那年她大学毕业,进入中国科学院遗传与发育生物研究所硕博连读,师从水稻专家李家洋院士,从那时起,她就与IPA1结了缘,介入水稻育种研究。
做水稻要下田,王静是城市姑娘没下过田,她个子小,雨鞋大,一脚踏进泥洼洼的水田,立马就陷了进去,“要用双手拽着雨鞋使劲往上提才能把脚拔出来。”因为站立不稳,她经常在田里摔跤,弄得一身泥一身水。水稻生长关键期,凌晨三四点就要往田里赶,中午最热的时候要为水稻授粉。女生爱美,但即使全副武装,强烈的紫外线还是会把肤色晒黑好几个色度。“但当你看到科研成果时,所有的辛苦都微不足道了。”
2012年,博士毕业的王静到四川农业大学任教。有人替她惋惜:中科院的博士,有机会留在京城啊。她淡淡一笑,我是四川人,四川又是农业大省,那里才是我的舞台。当时四川农大正在实施“双支计划”,为青年教师提供资金支持和层次支持,即获得科研成果就可以职称晋级,这让王静可以“两耳不闻窗外事,一心只做科研人”。
为了潜心研究,她连续7年推掉了所有职称评审的机会,“我不在乎能否评上职称,只在乎能不能做出成果。”这种选择并非没有风险,做农业周期长,培育一个优良品种需要10年甚至更长时间,倘若既没职称也没成果,事业岂不是很失败?王静对此却不以为然:“你不能计较个人得失,也不能在意别人的眼光,否则什么都做不成,想做事就要静下心来。”
水稻生长期正值夏季,而四川的夏天又是个“火炉”,40℃的高温烤得人头晕眼花。实验田位置偏僻,田地四周没有餐馆,一块面包一瓶水就是一顿午饭。“吃饭时大伙都坐在田埂上,个个头戴草帽,满脚泥巴,倒也是一道别样风景,经过的路人谁能看出这是一群教授和博士呢。”有人称她为“农民博士”,她欣然笑纳:“没错,我是博士,也是农民。”
待水稻收割完,秋去冬来,她又像候鸟一样飞往海南,继续在海南的试验田里与高温作战。“站在阳光下的稻田里,汗水顺着脖子往下流,身上的衣服从没干透过。”她戴眼镜,因为流汗,眼镜总是从鼻梁上往下滑,好几次都掉进了泥水里。后来只要下地她就改戴隐形眼镜。
也正是这样的艰辛付出积累了经验,从事水稻育种10年,王静和团队参与了14个水稻高产抗病品种的培育,她也入选四川省学术技术带头人。
水稻也能量身定制
分子育种技术前景广阔,不仅可以缩短常规育种时间,实现水稻高产与抗性的完美结合,还可以通过基因的置换与改造,使水稻做到“量身定制”,让人们既能吃饱,还能吃好。
比如针对糖尿病人,可以设计高产低糖的水稻。再比如米酒,需要糯稻酿造,分子育种可以确定哪种糯稻酿造的米酒口感更好。还有黑米,黑米含有花青素,营养丰富,美容养颜,如果提高花青素含量,会进一步提升黑米品质……
水稻生长除了种子本身,还与土壤、水质、气候等环境因素密切相关。同一粒种子,生长环境不同,结出的果实也不同,正如“江南为橘,江北为枳。”王静是在东北读的大学,第一次尝到东北大米“感觉特别好吃,不用菜都能下饭。”因为东北温差大,光照长,灌浆期淀粉合成充分。反观四川大米,温差小,湿度大,很容易滋生病害,所以一向有“蜀中无好米”之说。
通过分子育种技术对品种进行改良,结合环境因素有针对性地培育适宜本地种植的水稻,则可以“江南为橘,江北也为橘”。让她引以为豪的是,改良后的川稻口感不亚于东北稻,“蜀中无好米”正在成为过去。
“中国耕地面积只占世界耕地面积的7%,却养活了世界人口的20%,能做到这一点,科技创新功不可没。”王静是80后,没挨过饿,但父母都经历过上世纪60年代吃不饱的滋味,因此她从小就对粮食怀有敬畏之心,从事水稻研究后,更理解了这份工作的意义,“希望能用自己的微薄之力为国家农业做点贡献。”
做科研寂寞,做农业科研更寂寞。“你必须能吃苦,坐得住冷板凳,没有谁可以随随便便成功。既然选择了,就要坚定走下去。”王静对名利看得很淡,平日的她素朴简约,依然保持着学生风格,T恤牛仔裤运动鞋,每天在食堂吃10元一份的午餐,她觉得“挺好”。
杂交水稻之父袁隆平有一个“禾下乘凉梦”,梦中水稻像高粱,稻穗像扫把,稻粒像花生……王静说,那不仅是袁老的梦想,也是她和业内同行们共同的梦想。