潛心科研三十年 攻克“雜種不育”難題
—— 記中國工程院院士萬建民科研團隊

◎ 本刊記者 楊伊靜

糧食是社稷之本，種業是糧食之基。黨的二十大提出，加快建設農業強國，全方位夯實糧食安全根基，確保中國人的飯碗牢牢端在自己手中。2022 年中央農村工作會議進一步對加快建設農業強國作出了戰略部署。

強國必先強農，農強方能國強。現代種業對糧食和農產品有效供給具有重要的基礎支撐作用。種業產業的變革對中國種業自主創新提出了新的要求與挑戰。中國工程院院士萬建民指出，保障糧食和重要農產品穩定安全供給是中國式農業強國的典型特征。種業作為國家戰略性、基礎性核心產業，是保障國家糧食安全和重要農產品有效供給的基石。深入實施種業振興行動，把當家品種牢牢攥在自己手里，對建設農業強國具有重大意義。

萬建民介紹，當前，全球范圍生命科學不斷向縱深發展，生命科學與數據科學、制造科學的結合越來越緊密，未來育種向智能化方向迭代發展。美國等發達國家不斷深化基礎學科布局，搶占種業科技制高點。世界上的農業強國都有強大的種業和種業公司，如美國科迪華、德國拜耳、法國利馬格蘭、荷蘭瑞克斯旺、日本坂田等。美國玉米、大豆、棉花等種子市場規模占全球26.7%，800 多家種子公司年銷售額約120 億美元，且其在世界種業市場的份額不斷擴大，成為種業第一大國，主導了玉米、大豆等國際農產品貿易，有力支撐了美國農業強國的地位。

2023 年是萬建民團隊的“大滿貫”之年。前不久，由中國工程院院士萬建民領銜的南京農業大學和中國農業科學院作物科學研究所（以下簡稱農科院作科所）科研人員共同組成的團隊，首次從分子層面闡明了秈稻和粳稻“雜種不育”分子機理，破解了水稻生殖隔離之謎。相關成果發表于國際權威學術期刊《細胞》。至此，繼2013 年、2018 年在《自然》《科學》雜志發布研究成果后，萬建民科研團隊在水稻分子遺傳與育種科研領域又取得突破，實現在三大頂尖期刊均發表成果的“大滿貫”。

“我從1991 年開始研究‘水稻雜種優勢利用’難題，這也是團隊30年來的科研重點。”在萬建民看來，“大滿貫”是里程碑，但不是終點。

細數這三項成果，幾乎每項都是“十年一劍”，并且無一例外都是由青年科研人員挑重擔、多家單位聯合攻關完成的。

在每一次科研攻關中，這支團隊或多或少總會遇到挫折，但最后的成果標注了奮斗的價值。“我從沒想過失敗了怎么辦，只想著如何從黑暗中尋找光明?！比f建民團隊成員、南京農業大學農學院博士后王超龍說。

不怕從頭再來

“整整8 年了。”看著自己所在團隊的文章出現在《細胞》雜志網站的頁面上，王超龍百感交集。只有他自己知道，這條路走得有多難。

2010 年開始碩博連讀的王超龍，師從萬建民，潛心研究水稻“雜種不育”的機制。

2015 年，在基因功能驗證多次無效后，王超龍發現5 年前他接手的試驗材料數據不準確，導致研究停滯不前。

“相當于馬不停蹄跑了5 年，結果邁出的第一步就錯了。”這對于醉心科研、滿懷期待的王超龍而言，是個不小的打擊。

走錯一步，浪費了5 年，后面的路該怎么走？

“有曲折才說明有挑戰，我們要做的，就是有挑戰性的、有意義的課題?！睂熑f建民的一番話仿佛黑暗中的一道光，照進了王超龍的心里。

2016 年，王超龍開始從事博士后工作。他決定從頭開始，重新構建試驗材料。為了盡可能提高效率，王超龍在南京農業大學的南京土橋水稻遺傳育種基地和海南陵水南繁育種基地之間來回奔走，埋頭試驗。

2019 年，得到嚴謹實驗數據的他再一次驚訝地發現，實驗結果和研究假設“對不上”。

“難道是引起秈稻和粳稻雜種花粉不育的‘守衛者’基因找錯了？”彼時的王超龍無法確定，是老天再一次和自己開玩笑，還是新的研究成果正在孕育之中。

王超龍決定重新驗證實驗數據。關鍵時刻，萬建民讓他帶領的南京農業大學和農科院作科所這兩支科研團隊分頭推進、互不干擾，得出結論后再進行比對。

“驗證數據的那兩年，我和農科院作科所博士后王建，經常一天里要通五六個小時的電話，還不時討論到凌晨兩三點?！蓖醭堈f。

強強聯合破難關

苦心人天不負。兩年后，王超龍和王建在進行充分的數據比對和討論后，大膽提出了假設：并非原先的基因找錯了，而是存在一種新的遺傳機制。

也就是說，原先認為存在于花粉中的“破壞-守衛”機制，即“破壞者”基因會傷害所有花粉細胞，導致花粉不育，而“守衛者”基因可以阻止“破壞者”基因，因此那些遺傳了“守衛者”基因的花粉細胞，就能受到保護，從而正常發育。這樣的機制同樣存在于植株體細胞之中。

為了論證這一假設，萬建民團隊請來了擁有多年實驗經驗的中國農業科學院研究員吳傳銀，他是植物組織培養和遺傳轉化方面的資深專家。

為了確保每一論證步驟的精準，吳傳銀從實驗設計到載體構建，再到轉化和統計分析都進行了細致的設計。

2021 年夏天，吳傳銀興奮地撥通了王超龍的電話：“你來一趟北京，到實驗室見證。”

當王超龍看到實驗結果與假設完全一致時，他喊了一聲：“找到了！”

“破壞者”“守衛者”這兩大“主角”找到了，可“攻守”機制又是如何發揮作用的呢？

“不要單打獨斗，要善于合作攻關?！边@是萬建民最常說的一句話。

在清華大學教授柴繼杰、香港中文大學教授姜里文等資深專家的幫助下，王超龍與中國農業科學院研究員熊葉輝深入交流，從蛋白水平上解析了“破壞者”是通過與細胞中能量工廠線粒體的一個核心功能蛋白相互作用，干擾線粒體的產能功能，使花粉因缺少能量不育。而“守衛者”可與“破壞者”直接互作，阻止“破壞者”進入產能工廠，使其不能“作亂”，花粉從而能正常發育。

至此，經過13 年的聯合攻關，“雜種不育”難題終于被弄清了。

將理想融入國家需求

面向國家需求、解決重大科學問題，是萬建民團隊30 年來書寫的“糧豐民安”科研故事的主題。

與秈稻亞種內雜交相比，秈稻和粳稻亞種間雜交水稻可將水稻單產提高15%以上，但同時會出現花粉不育、小穗結實率低、子粒不飽滿等“雜種不育”現象。

“結實率80%是前提，如果達不到這個標準，就沒法實現增產?！比f建民說。

30 年來，該團隊已發現、定位和命名了27 個不育基因和廣親和基因。

30 年來，只要條件允許，萬建民都會在周末回到南京農業大學。

“周五搭乘最晚的航班去南京，周日再搭乘最晚的航班回北京。在我的日程表中，沒有‘周末’一說?！比f建民說。

每年5 月至6 月，在南京市江寧區的土橋社區水稻實驗基地中，萬建民團隊100 多位師生一起播種、拔秧、排秧、插秧。萬建民有時間便會參與其中，用行動告訴學生，“做水稻研究，一定要到田間去，一定要緊跟生產實際”。

水稻育種是一項長周期科研工程。為了完成育種任務，有時萬建民團隊成員要搜集上萬份種質資源，耗費大量的人力、物力和時間。例如，該團隊用18 年發掘水稻半不育基因PSS1，用25 年才發現水稻部分顯性矮稈多分蘗基因D53……

除了產出高水平研究成果，30年來，這支團隊還圍繞水稻的抗性、品質、氮高效利用、耐鹽堿水稻品種挖掘等解決現實問題，打通基礎研究與應用研究，串聯起水稻育種的上、中、下游。

“他們將個人理想融入國家和人民需要，將研究工作聚焦國家重大戰略需求，追求真理、不畏艱難、勇于創新，集智攻關。正基于此，萬建民團隊才實現了一個又一個的突破。”南京農業大學校長陳發棣說。