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用一粒種子改變世界
——記2017年度國家自然科學(xué)獎一等獎獲得者李家洋團(tuán)隊

稻米養(yǎng)育人類萬年以上，水稻種植凝聚了人類的智慧和恒心。

在2017年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會上，由中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋領(lǐng)銜的團(tuán)隊完成的“水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)性狀形成的分子機(jī)理及品種設(shè)計”，獲得國家自然科學(xué)獎一等獎。中國科學(xué)院院士、2006年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎獲得者李振聲評價：“我認(rèn)為，這是一次新的綠色革命的開端。”

李振聲介紹，第一次綠色革命發(fā)生在20世紀(jì)50年代初，其主要特征是把水稻的高稈變矮稈，另外以農(nóng)藥和農(nóng)業(yè)機(jī)械為輔助，從而解決了19個發(fā)展中國家糧食自給問題。而袁隆平院士推動的中國雜交水稻是第二次綠色革命時期的杰出代表，雜交水稻實現(xiàn)了水稻高產(chǎn)的目標(biāo)，讓同樣的土地能夠產(chǎn)出更多的糧食，養(yǎng)活更多的人。

逐夢的腳步還在繼續(xù)。農(nóng)業(yè)科學(xué)家希望糧食不僅能夠高產(chǎn)，而且能夠質(zhì)優(yōu)，培育出“高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)”型超級水稻新品種，讓消費者在吃飽的同時能夠吃好，吃得安全、綠色。

但傳統(tǒng)的雜交育種方式周期長，育成一個新品種往往需要10年以上，而且面臨著品種間遺傳多樣性狹窄、效率低等問題。“一粒種子可以改變世界”，然而如何才能“多快好省”地培育出一粒好種子？

科學(xué)家們一直在思索：能不能找到水稻基因和性狀的對應(yīng)關(guān)系，按照需求的不同，設(shè)計出不同的水稻新品種？

李家洋領(lǐng)銜的團(tuán)隊經(jīng)過十多年的努力，給出了答案——“分子設(shè)計育種”。“我們不是用轉(zhuǎn)基因技術(shù)，而是發(fā)揮自然界本身存在的基因優(yōu)勢。”李家洋解釋，簡而言之，科學(xué)家們首先了解水稻不同基因?qū)?yīng)的不同性狀，以及不同基因耦合可能產(chǎn)生的性狀。然后將這些基因根據(jù)需要進(jìn)行相對精確的重新組合，得到我們需要的品種。

“我們把取得的基礎(chǔ)研究成果應(yīng)用于水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)分子育種，率先提出并建立了高效精準(zhǔn)的設(shè)計育種體系，示范了高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)為基礎(chǔ)的設(shè)計育種，為解決水稻產(chǎn)量與品質(zhì)互相制約的難題提供了有效策略。”該項目團(tuán)隊里的中科院院士韓斌說。

李家洋團(tuán)隊精心設(shè)計，以超高產(chǎn)但綜合品質(zhì)差的品種“特青”作為受體，以蒸煮品質(zhì)優(yōu)良的品種“日本晴”和外觀品質(zhì)優(yōu)異的“93-11”為供體，對涉及水稻產(chǎn)量、稻米外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)和生態(tài)適應(yīng)性的28個目標(biāo)基因進(jìn)行優(yōu)化組合。經(jīng)過八年多的努力，利用雜交、回交與分子標(biāo)記定向選擇等技術(shù)，成功將優(yōu)質(zhì)目標(biāo)基因聚合到受體材料，并充分保留了“特青”的高產(chǎn)特性。成功實現(xiàn)了“秈稻的產(chǎn)量，粳稻的品質(zhì)”的理想目標(biāo)。

“育種家未來的目標(biāo)是培育出具有豐產(chǎn)性、抗病性、優(yōu)質(zhì)性、廣適性的品種。四種特性綜合水平較高的品種就是‘超級品種’。”中國科學(xué)院院士謝華安說。

未來可期，這樣的“超級品種”將頻頻面世，科學(xué)家們通過科學(xué)手段能像設(shè)計工業(yè)品一樣設(shè)計水稻品種。“分子育種利用現(xiàn)代信息和生物技術(shù)，通過雜交、分子標(biāo)記選擇和對遺傳機(jī)理的了解，能實現(xiàn)從傳統(tǒng)‘經(jīng)驗育種’到定向、高效‘精準(zhǔn)育種’的飛躍。”李家洋說。（記者 葉樂峰 楊舒）