7月26日，由中國(guó)工程院院士萬(wàn)建民領(lǐng)銜、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合攻關(guān)，首次從分子層面闡明了秈稻和粳稻雜種不育分子機(jī)理、破解了水稻生殖隔離之謎，該成果在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞（Cell）》期刊在線發(fā)表。
至此，繼2013年的《自然》成果、2018年的《科學(xué)》成果，萬(wàn)建民院士團(tuán)隊(duì)在水稻分子遺傳與育種領(lǐng)域接連取得重大科研突破，捧得了“CNS大滿貫”。
“我從1991年開始研究‘水稻雜種優(yōu)勢(shì)利用’難題，這后來(lái)也變成了團(tuán)隊(duì)延續(xù)了30年的科研夢(mèng)想。”在萬(wàn)建民看來(lái)，滿貫是團(tuán)隊(duì)的“里程碑”，但絕不是“完結(jié)篇”。
細(xì)數(shù)CNS三個(gè)成果，每一項(xiàng)都是“十年一劍”，并且無(wú)一例外地由年輕科研人員勇挑重?fù)?dān)、多家單位聯(lián)合攻關(guān)。
滿貫在手，團(tuán)隊(duì)成員在歡欣鼓舞之余，展現(xiàn)出的卻是“大事前有靜氣”的平和謙遜，是哪些特質(zhì)造就了這樣的學(xué)術(shù)氛圍，又有哪些秘笈讓這支隊(duì)伍一次又一次地站在了領(lǐng)域內(nèi)的科研之巔？每一次磨劍的10年之間，就沒有過(guò)猶豫和動(dòng)搖嗎？
“沒想過(guò)會(huì)失敗，只想過(guò)如何穿行黑暗?！盋ell成果第一作者、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院博士后王超龍說(shuō)。
5年彎路，不怕從頭再來(lái)
2023年，距離王超龍“咬”定這一難題已過(guò)去了整整8年，這還不包括故事一開頭、在錯(cuò)誤方向里摸爬滾打的5年。
2010年，在周圍大部分同學(xué)都在為升學(xué)畢業(yè)而忙碌的大四，王超龍開始碩博連讀，將志向鎖定三農(nóng)、師從萬(wàn)建民院士，一頭扎入了水稻領(lǐng)域的世界難題“雜種不育”的機(jī)制探究。因?yàn)閬?lái)自強(qiáng)化班，王超龍被寄予厚望，但老天一開始卻并未眷顧這個(gè)努力的年輕人。
2015年，在經(jīng)歷了一次又一次的基因功能驗(yàn)證無(wú)效后，王超龍發(fā)現(xiàn)是基因的定位區(qū)間錯(cuò)了，往前推，5年前他接手的試驗(yàn)材料關(guān)鍵單株就不準(zhǔn)確， 相當(dāng)于馬不停蹄跑了5年，卻發(fā)現(xiàn)步子邁開的第一步，方向就錯(cuò)了，這對(duì)于沉醉其中、滿懷期待的王超龍而言，是個(gè)不小的打擊。
走錯(cuò)一步就是5年，后面的路該何去何從？
“有曲折才證明有挑戰(zhàn)，我們要做的，就是有挑戰(zhàn)性的、有意義的課題！”導(dǎo)師萬(wàn)建民的一番話彷佛黑暗中投射的一道光，照進(jìn)了王超龍的心里，萬(wàn)建民鼓勵(lì)王超龍把這塊骨頭“啃”下去。
2016年，王超龍開始攻讀博士后，他決定從頭開始、重新構(gòu)建試驗(yàn)材料，雜交一代、回交四代，要做5次實(shí)驗(yàn)，為了最大限度地提高效率，王超龍開始了在南京和三亞南繁基地的來(lái)回奔走，埋頭試驗(yàn)、無(wú)問(wèn)東西。
2019年，得到嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的他再一次吃驚地發(fā)現(xiàn)，遺傳機(jī)制和研究假設(shè)“對(duì)不上”！敲除“解毒基因”后竟然得不到純合單株，難道是，引起秈稻和粳稻雜種花粉不育的解毒基因找錯(cuò)了？此時(shí)的王超龍無(wú)法確定，是老天再一次和自己開起了玩笑，還是研究正在步步逼近答案？
聯(lián)合攻關(guān)，“太行”“王屋”只等閑
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的論證必須足夠精準(zhǔn)可靠，萬(wàn)建民的方法是，讓自己帶領(lǐng)的南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的兩支科研團(tuán)隊(duì)分頭推進(jìn)、互不干擾，得出結(jié)論后再相互比對(duì)。
“驗(yàn)證數(shù)據(jù)的那2年，我和農(nóng)科院作科所的王建博士后通5、6個(gè)小時(shí)的電話，討論到凌晨?jī)扇c(diǎn)是常有的事?！?王超龍說(shuō)。
經(jīng)過(guò)2年時(shí)間，兩位年輕科研人員進(jìn)行充分的數(shù)據(jù)比對(duì)和討論后，大膽提出了假設(shè)——并不是原先基因找錯(cuò)了，而可能是發(fā)現(xiàn)了一項(xiàng)新的遺傳機(jī)制，也就是原先認(rèn)為的存在于花粉中的“破壞-守衛(wèi)”機(jī)制，即“破壞者”對(duì)所有花粉產(chǎn)生傷害作用，引起花粉的敗育，而“守衛(wèi)者”阻止“破壞者”的傷害作用，因此那些遺傳了該基因的花粉，就能受到保護(hù)，從而正常發(fā)育，這樣的機(jī)制同樣存在于植株體細(xì)胞之中。
為了論證這一假設(shè)，團(tuán)隊(duì)請(qǐng)來(lái)了擁有二三十年出色實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的農(nóng)科院研究員吳傳銀，他是組培轉(zhuǎn)化實(shí)驗(yàn)的資深專家，為了確保每一論證步驟的精準(zhǔn)，從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到載體構(gòu)建，再到轉(zhuǎn)化和統(tǒng)計(jì)分析，吳傳銀都自己動(dòng)手、沒有絲毫馬虎。
2021年的夏天，吳傳銀興奮地?fù)芡送醭埖碾娫挘澳銇?lái)一趟北京，到實(shí)驗(yàn)室見證！”
當(dāng)王超龍看到用于驗(yàn)證的“GFP綠色熒光蛋白”的失色與變亮，與之前的假設(shè)完全一致時(shí)，他喊出了聲，“找到了！”
緊密連鎖的兩個(gè)基因被找到、“基因驅(qū)動(dòng)”遺傳機(jī)制被破解，雜種不育難題得到了全基因組層面的分析鑒定！
這對(duì)于很多領(lǐng)域內(nèi)的團(tuán)隊(duì)而言已經(jīng)是一項(xiàng)很大的突破了，但熱愛挑戰(zhàn)、善“啃”硬骨頭的萬(wàn)建民團(tuán)隊(duì)同步還在推進(jìn)分子機(jī)制的研究：主角找到了，可“攻守”機(jī)制又是如何發(fā)揮作用的呢？
“不要單打獨(dú)斗，要善于合作攻關(guān)?！边@是萬(wàn)建民對(duì)學(xué)生最常說(shuō)的話之一，也是他作為leader,一直在為團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造的。
在清華大學(xué)柴繼杰教授、香港中文大學(xué)姜里文教授等資深專家的幫助下，王超龍與農(nóng)科院熊葉輝研究員頻繁交流、逐層深入，從蛋白水平上解析了“破壞者”是通過(guò)與細(xì)胞中能量工廠線粒體的一個(gè)核心功能蛋白互作，干擾線粒體的產(chǎn)能功能，花粉因缺能而最終敗育；而“守衛(wèi)者”能與“破壞者”直接互作，阻止其進(jìn)入產(chǎn)能工廠，從而解除破壞作用，這一理論上的重大突破首次從分子層面闡明了水稻雜種不育的機(jī)理。
橫亙?cè)凇半s種不育”難題中的“遺傳機(jī)制”與“分子機(jī)制”，猶如 “太行”“王屋”兩座大山，在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻遺傳育種創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所長(zhǎng)達(dá)13年的聯(lián)合攻關(guān)，多位科研人員堪比愚公的執(zhí)著與齊心努力下，被移除了。
(左一：團(tuán)隊(duì)Nature成果第一作者、中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心PI周峰研究員，左二、左四：Science成果第一作者、農(nóng)學(xué)院教授趙志剛、余曉文，左三：Cell成果第一作者、農(nóng)學(xué)院博士后王超龍)
頂天立地，為糧豐民安
“能夠深入到基因功能水平，完成所有的基因編輯工作，并深入到該系統(tǒng)的細(xì)胞生物學(xué)層面，甚至到其在水稻的進(jìn)化，這確實(shí)是一項(xiàng)令人震驚和了不起的成就?！薄都?xì)胞》雜志送審專家對(duì)成果這樣評(píng)價(jià)。
中國(guó)科學(xué)院院士種康表示，“從文章的角度來(lái)講，從遺傳到細(xì)胞生物學(xué)、到分子生物學(xué)，這一套做全了，這個(gè)機(jī)制從三個(gè)層面上做得非常清楚了，在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)繼續(xù)深入，搞清楚了這個(gè)模塊的來(lái)龍去脈，即它的祖先是什么?！?
緊扣國(guó)家需求、緊跟生產(chǎn)實(shí)際、挑戰(zhàn)重大科學(xué)問(wèn)題，這是萬(wàn)建民對(duì)學(xué)生一以貫之的要求，也是團(tuán)隊(duì)30年來(lái)書寫“糧豐民安”科研故事的核心。
與秈稻亞種內(nèi)雜交相比，秈稻和粳稻亞種間雜交水稻可將水稻單產(chǎn)提高15%以上，然而，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)花粉不育、小穗結(jié)實(shí)率低、子粒不飽滿等雜種不育現(xiàn)象?！敖Y(jié)實(shí)率80%是前提，如果達(dá)不到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，就沒法實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)?！比f(wàn)建民說(shuō)。
30年來(lái)，團(tuán)隊(duì)已發(fā)現(xiàn)、定位和命名了27個(gè)不育基因和廣親和基因，占國(guó)內(nèi)外報(bào)道的一半以上。咬住“秈粳交”雜種優(yōu)勢(shì)有效利用難題不放，育性、株高株型、生育期，在這項(xiàng)被萬(wàn)建民視作的系統(tǒng)工程里，一個(gè)個(gè)關(guān)鍵基因被挖掘定位、一道道難啃的關(guān)口被解析破譯。
30年來(lái)，只要條件允許，萬(wàn)建民都會(huì)在周末回到南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，“周五最晚航班回寧，周日最晚航班回京，這樣的節(jié)奏一周都沒有打破，我的日程表中，沒有‘周末’這一說(shuō)?！?/p>
清晰的科研規(guī)劃、加上雷打不動(dòng)的身體力行，團(tuán)隊(duì)成員一個(gè)個(gè)地也煉就了數(shù)十年如一日的堅(jiān)守與恒心。水稻育種本身就是一項(xiàng)周期漫長(zhǎng)的工程，將分子育種與常規(guī)育種相結(jié)合，能加速培育速度，但發(fā)掘優(yōu)異基因，平均需要搜集上萬(wàn)份資源，耗費(fèi)的人力、物力和時(shí)長(zhǎng)，可想而知——團(tuán)隊(duì)發(fā)掘的水稻半不育基因PSS1花了18年；《自然》成果、水稻部分顯性矮桿多分蘗基因D53用去了25年，《科學(xué)》成果、水稻“自私基因”的挖掘用了9年，這一次的《細(xì)胞》成果又長(zhǎng)跑了13年！
一次又一次科研暗夜的挫敗、迷航與焦灼中，是團(tuán)隊(duì)協(xié)作、是聯(lián)合攻關(guān)，是腳踩大地、咬定青山的氛圍，給予了年輕人堅(jiān)持下來(lái)的信心與韌勁。
每年5-6月，在南京江寧土橋基地，100多位團(tuán)隊(duì)師生齊上陣，播種、拔秧、排秧、插秧，場(chǎng)面壯觀。只要時(shí)間允許，萬(wàn)建民都會(huì)一同參與其中，用行動(dòng)告訴學(xué)生，“做水稻，一定要到田間去，一定要能緊跟生產(chǎn)實(shí)際?！?/p>
除了高水平研究成果迭出，30年來(lái)，團(tuán)隊(duì)圍繞水稻的抗性、品質(zhì)、氮高效利用、耐鹽堿水稻品種挖掘等面向生產(chǎn)實(shí)際的課題也從未間斷，真正打通了基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究，串聯(lián)起水稻育種的上、中、下游。
“將個(gè)人理想融入國(guó)家和人民需要，將研究工作聚焦國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，追求真理、不畏艱難、勇于創(chuàng)新，集智攻關(guān)、團(tuán)結(jié)協(xié)作、共攀高峰。正是基于此，萬(wàn)院士團(tuán)隊(duì)才實(shí)現(xiàn)了一個(gè)又一個(gè)的突破?！蹦暇┺r(nóng)業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)陳發(fā)棣表示，學(xué)校將以此次重大成果發(fā)布為契機(jī)，自覺履行高水平科技自立自強(qiáng)的使命擔(dān)當(dāng)，精準(zhǔn)對(duì)接國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，夯實(shí)創(chuàng)新平臺(tái)體系建設(shè)，開展有組織科研。同時(shí)通過(guò)靈活延長(zhǎng)考核周期，依托大團(tuán)隊(duì)、大項(xiàng)目推動(dòng)學(xué)科間的交叉融合，努力營(yíng)造既鼓勵(lì)創(chuàng)新、又相對(duì)寬松的良好氛圍，讓越來(lái)越多的年輕人沉下心、埋下頭、有底氣，勇于向科研高峰發(fā)起挑戰(zhàn)。
