科技創新開辟生命科學新天地—專訪中國科學院院士、華南農業大學生命科學學院“長江學者”特聘教授劉耀光

2018年1月18日，中國科學院院士、華南農業大學生命科學學院“長江學者”特聘教授劉耀光出席了第十屆大北農科技獎頒獎大會。劉耀光長期從事植物育性發育的分子遺傳和基因工程研究，在水稻細胞質雄性不育與恢復性、雜種不育與親和性、光溫敏不育性等遺傳系統的基因克隆和分子作用機理方面取得了系統性、創新性研究成果。劉耀光出席此次頒獎大會的身份有些特殊——他的團隊的“高效的植物基因組編輯載體系統和軟件工具包及其應用” 科研成果榮獲第十屆大北農科技獎的基因工程獎，是唯一由單一主持單位獨享的獎項。會議當天，《農經》記者有幸采訪了劉耀光院士。

厚積薄發：新發現源于內心的熱愛與堅持

2017年11月28日是個特殊的日子，在這一天，劉耀光成功當選中國科學院院士。當《農經》記著向他討教做科研的秘訣時，劉耀光謙虛地笑著說：“當選院士對自身既是一種肯定，也是一種激勵。做科研沒有什么秘訣可言，科研本身是一個漫長積累的過程，要堅守在科研一線，熬得住歲月的年輪，跟從心中的那份熱愛，沒有捷徑可走。有些人做科研喜歡跟風追熱點，但熱點總是在變，跟風做研究的話，可能在哪一個方向都做不好，這樣做科研也產生不了什么深遠的影響?！?/p>

談及幾十年如一日地堅持從事雜交水稻育種工作的初衷，劉耀光說道：“回國后選擇從事水稻細胞質雄性不育方面的研究，主要考慮到這是一個很重要的科學問題?！敝袊r業科學家利用水稻細胞質雄性不育的特殊遺傳材料培育出了雜交水稻，在利用雜種優勢的生產和應用方面走在世界前列，但在該性狀的分子基礎、遺傳基礎方面的理論研究卻相對薄弱，對雜交稻育種材料如何進行育性轉換和育性控制的機理還不是很清楚。劉耀光認為科學就是要追根到底，為了填補相關理論方面的空白，他一直在專研這個課題，至今已經有22年了。

劉耀光動情地講道：“從事科研工作，熱愛、思考、勤奮和吃苦耐勞是最重要的品質和素養。我希望年輕人認準一個方向就堅持做下去，早期的成果也許會比較少，可隨著自身不斷的努力與堅持，以及研究的不斷深入，一定會逐漸探索到令人為之振奮的新發現！”

正是這種堅持，讓劉耀光團隊所做的雜交稻育性調控的分子研究在應用和基礎理論方面都引領世界，他們的工作也得到了科學界的認可。

破繭而出：基因編輯技術開辟生命科學新天地

近年來,“基因編輯”技術受到國際社會的廣泛關注。依靠基因編輯技術,人類能夠對目標基因進行“編輯”,實現對特定DNA片段的敲除和插入等。以CRISPR/Cas9為代表的基因編輯技術是生命科學領域近年來最重要的技術突破，這對生命科學、醫學，農業等領域的基礎和應用研究具有重大意義。劉耀光團隊經過刻苦鉆研，最終成功研究出基于CRISPR/Cas9的多靶點高效植物基因組編輯載體系統和 “一站式”在線軟件工具包CRISPR-GE，該技術體系證明了基因編輯技術是研究植物基因功能，尤其是研究雜種不育與親和性的分子遺傳機制的強有力的工具。劉耀光團隊開發了通過基因編輯創建人工親和基因，快速培育親和系的技術方法，這為克服亞種間和種間雜種的生殖障礙、廣泛利用強雜種優勢提高作物產量奠定了理論基礎和技術支撐。

此項技術對于解決遠緣雜交稻雜種不育的問題已經取得了一些初步成果，談及這個方面，劉耀光介紹，“基因編輯技術在基因功能的基礎研究上可以高效地敲除目的基因，使其喪失特定的生物學功能。正是這種高效‘減法’技術的出現，使我們能夠更深入地研究多基因控制的復雜性狀，比如確定雜種不育座位中的關鍵基因?！崩迷摷夹g，目前劉耀光團隊已經克隆了Sa、Sc介導的秈稻與粳稻（秈粳稻）亞種間的雜種不育和S1介導的亞洲稻與非洲稻（亞非稻）種間雜種不育的關鍵基因。此外，他們通過基因編輯技術敲除雜種不育基因或刪除減少雜種不育基因的拷貝數，創造了多個位點的雜種親和系，這些雜種親和系有望在生產中得到廣泛應用，突破遠緣雜種優勢利用的瓶頸。

潛移默化：科技創新惠及千家萬戶

談及這項成果的普及以及推廣程度，劉耀光親自向《農經》記著演示如何操作這個軟件，眼神中飽含了對科學的熱愛和自信。他講到，目前他們的基因組編輯載體系統已被國內外近500多個實驗室使用，用于各種植物的基因功能研究和遺傳改良，在國際上產生了重要的學術影響，相關論文已被大量引用，成為ESI高被引論文。CRISPR-GE軟件在線使用量每月達2萬余次，解碼的測序文件數每月達1.8萬余件（http://skl.scau.edu.cn/），這使得一大批涉及不同農藝性狀的基因編輯農作物正陸續在不同實驗室取得一系列成果。這項成果大大降低了使用這項技術的門檻，使普通的實驗室也能夠簡單地操作和應用這項技術，極大地促進了植物科學基礎研究和作物遺傳改良的發展。這在科學界無疑是激動人心的！

▲科技部原部長、第十屆全國人大教委科學文化衛生委員會主任委員朱麗蘭女士（右）與大北農集團董事長邵根伙博士（左）共同為劉耀光院士（中）頒獎。

近年來，隨著人們生活水平的提高，對食物品質和口感的要求也隨之提高，這對當前及未來的水稻育種工作來說，是機遇也是挑戰。劉耀光認為，人們在吃飽之后，追求吃好是很自然的事，這些新要求對科學技術提出了新的問題和挑戰，但他相信在水稻育種工作中，這些問題都可以借助先進的科學技術得以解決。當前，雜交稻的產量是提高了，但雜交稻米的確存在著米質過硬等問題而影響口感。劉耀光解釋說，米飯的軟硬度是由直鏈淀粉的含量決定的：直鏈淀粉含量高，米飯粘性小，質地硬；直鏈淀粉含量太低，則米飯粘軟，彈性差。直鏈淀粉的含量主要受淀粉合成酶Waxy基因和其它基因調控，所以我們可以利用基因編輯技術修飾Waxy等基因，從而獲得直鏈淀粉含量適中、口感較好的水稻品種，最終滿足人們對優質米的需求。

劉耀光表示，此次獲獎必將有利于他們的技術通過大北農科技獎進一步地擴大知名度和影響力，讓更多的同行了解和應用他們的技術平臺，進而推動生物技術在農業中的應用和發展，讓科技創新所帶來的成果真正惠及到千家萬戶。

科學無止境：中國現代農業發展的機遇與挑戰并存

植物育性的提高對于提高作物產量有著重要作用，中國以水稻為代表的植物育性的應用研究引領世界雜交育種技術近半個世紀，毋庸置疑，這是中國對現代農業發展的重要貢獻。劉耀光指出，在植物育性基礎理論研究方面，中國科學家不僅系統闡明了“三系”雜交稻生產上應用最廣泛的包臺型、野敗型和紅蓮型三種細胞質雄性不育的CMS/RF分子遺傳基礎，同時也克隆了“兩系”雜交稻光溫敏不育系的關鍵基因PMS1、 PMS3、TMS5等。此外，中國科學家還確定了秈粳稻、亞非稻雜種不育的關鍵位點，為進一步利用遠緣雜種優勢提供了堅實的物質基礎和強大的技術支撐。目前劉耀光團隊已經完成了植物育性相關基因的克隆，接下來會進一步探討這些基因是如何發揮自身功能的。劉耀光認為，科學無止境，還有許多的未解之謎等待我們繼續向前探索、挖掘和解決。

當前，中國在作物遺傳改良上雖已取得了長足的進步，但也仍然存在著一些困難和挑戰。劉耀光中肯地講道：“一方面是如何進一步提高作物的產量、品質和抗性；另一方面，除了技術上的困難和挑戰，也存在著政策上的限制。以轉基因作物為例，如果政策上不放開對轉基因產品的束縛，中國當前所積累的眾多具有優良性狀和應用潛力的轉基因動植物品種將長期沉睡在實驗室，無法走向市場產生經濟效益?！?/p>

劉耀光團隊研發了高效的多基因轉化載體系統，通過把花青素合成代謝和蝦青素合成代謝的多個基因轉化導入到水稻中，培育出了全球首例營養強化“紫晶米”和“純金米”，也就是胚乳富含花青素和蝦青素的轉基因大米。目前，這些產品都在等待著政策的開放。另外，他們利用基因編輯技術也創造了許多的水稻基因編輯產品，這些產品在后代中能分離出不含有任何的外源轉基因元件的性狀改良株系，它們與自然突變所獲得的品種性質等同，但因為借助了轉基因的技術手段，也受到政策的約束。劉耀光認為政府應該適當放寬對這類不攜帶外源轉基因的基因編輯產品的約束，進一步推動中國生物技術的發展和應用。

《農經》記者談到國內外相關研究差異時，劉耀光表示，早年他曾在日本學習并從事相關的研究工作，當時日本正處于科技發展的鼎盛時期，科研實力遠遠強于中國。正所謂“30年河東，30年河西”，中日兩國的經濟實力如今發生了此消彼長的變化。如今，中國政府投入巨資鼓勵大家從事基礎科學研究，隨著中國國力的日益強大，優秀的人才也大批回流，劉耀光講道：“中國的科研水平大有超越日本的趨勢，尤其是在植物科學的研究領域，比如我們在水稻等植物的許多研究領域已經是世界的領頭羊。但日本科學家做研究非常嚴謹、細致和敬業的精神還是值得我們學習和借鑒的。”

科技鼓勵：助力中國科技走得更穩

大北農集團所設立的大北農科技獎，主要用于獎勵在農業應用研究領域做出突出貢獻的人員，是民間資本參與公益事業、積極回饋社會的成功典范?？萍吉劦脑u審過程嚴格遵照“公開、公平、公正” 原則，評審專家大多是各領域的權威學者，多項大北農獲獎成果隨后獲得國家科技獎。

談到對企業設獎獎勵科技創新這一舉動的看法，劉耀光認為大北農科技獎日益成為被中國社會各界廣泛關注的科技大獎，具有很高的社會影響力和威望，這也在一定程度上完善了中國的科技獎勵體系。希望未來可以有更多的企業和民間資本參與科技獎勵，推動中國科技向前發展！

談及此次獲獎感觸，劉耀光感慨地告訴《農經》記者：“這次所申報的科研成果榮獲第十屆大北農科技獎，我們的科研團隊倍感歡欣鼓舞和無上光榮。作為這一屆大北農科技獎基因工程獎獲獎項目的代表，我想感謝‘大北農科技獎’這個平臺，它讓全國乃至全世界的同行更多地關注我們所從事的植物基因工程技術領域的創新，我們也將一如既往地做好科學研究，為中國的農業現代化貢獻力量！同時，為自己的成果能為同行提供便利的科研技術平臺，能為中國的科技進步貢獻一份力量而頗感欣慰?！?/p>