今天小編分享的教育經驗：南農最新cell：歷時13年，萬建民院士團隊實現“CNS大滿貫”！，歡迎閲讀。
作物雜種優勢利用是大幅提高糧食產量的重要途徑。上世紀七十年代以來，袁隆平先生研發的雜交水稻主要就是通過利用籼稻亞種内的雜種優勢培育雜交稻，實現了水稻大幅增產，帶來第二次 " 綠色革命 "，為我國乃至世界糧食安全做出了突出貢獻。籼稻和粳稻亞種間雜交稻具有更大的增產潛力，但亞種間雜交帶來的花粉不育、小穗結實率低、子粒不飽滿等 " 雜種不育 " 現象卻嚴重阻礙了這一雜種優勢的利用。
7 月 26 日，由中國工程院院士萬建民領銜、南京農業大學和中國農業科學院作物科學研究所的科研團隊聯合突破瓶頸，在國際權威學術期刊《細胞（Cell）》期刊在線發表題為 "A natural gene drive system confers reproductive isolation in rice" 研究成果，該研究系統鑑定了引起籼稻和粳稻雜種花粉不育的位點，并對其中一個最主效的位點進行了基因克隆和遺傳，首次從分子層面闡明了籼稻和粳稻雜種不育分子機理、破解了水稻生殖隔離之謎。同時揭示了基因的演化規律以及其在不同水稻種質資源中的分布。該研究歷時 13 年，為利用水稻亞種間雜種優勢培育高產品種提供了理論和技術支撐。
這也是繼 2013 年的Nature成果、2018 年的Science成果，萬建民院士團隊在水稻分子遺傳與育種領網域接連取得重大科研突破，捧得了 "CNS 大滿貫 "。
" 能夠深入到基因功能水平，完成所有的基因編輯工作，并深入到該系統的細胞生物學層面，甚至到其在水稻的進化，這确實是一項令人震驚和了不起的成就。"《細胞》雜志送審專家對成果這樣評價。
" 我從 1991 年開始研究‘水稻雜種優勢利用’難題，這後來也變成了團隊延續了 30 年的科研夢想。" 在萬建民看來，滿貫是團隊的 " 裏程碑 "，但絕不是 " 完結篇 "。
細數 CNS 三個成果，每一項都是 " 十年一劍 "，并且無一例外地由年輕科研人員勇挑重擔、多家部門聯合突破瓶頸。
滿貫在手，團隊成員在歡欣鼓舞之餘，展現出的卻是 " 大事前有靜氣 " 的平和謙遜，是哪些特質造就了這樣的學術氛圍，又有哪些秘笈讓這支隊伍一次又一次地站在了領網域内的科研之巅？每一次磨劍的 10 年之間，就沒有過猶豫和動搖嗎？
" 沒想過會失敗，只想過如何穿行黑暗。"Cell 成果第一作者、南京農業大學農學院博士後王超龍説。
5 年彎路，不怕從頭再來
2023 年，距離王超龍 " 咬 " 定這一難題已過去了整整 8 年，這還不包括故事一開頭、在錯誤方向裏摸爬滾打的 5 年。
2010 年，在周圍大部分同學都在為升學畢業而忙碌的大四，王超龍開始碩博連讀，将志向鎖定三農、師從萬建民院士，一頭扎入了水稻領網域的世界難題 " 雜種不育 " 的機制探究。因為來自強化班，王超龍被寄予厚望，但老天一開始卻并未眷顧這個努力的年輕人。
2015 年，在經歷了一次又一次的基因功能驗證無效後，王超龍發現是基因的定位區間錯了，往前推，5 年前他接手的試驗材料關鍵單株就不準确， 相當于馬不停蹄跑了 5 年，卻發現步子邁開的第一步，方向就錯了，這對于沉醉其中、滿懷期待的王超龍而言，是個不小的打擊。
走錯一步就是 5 年，後面的路該何去何從？
" 有曲折才證明有挑戰，我們要做的，就是有挑戰性的、有意義的課題！" 導師萬建民的一番話彷佛黑暗中投射的一道光，照進了王超龍的心裏，萬建民鼓勵王超龍把這塊骨頭 " 啃 " 下去。
2016 年，王超龍開始攻讀博士後，他決定從頭開始、重新構建試驗材料，雜交一代、回交四代，要做 5 次實驗，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回奔走，埋頭試驗、無問東西。
2019 年，得到嚴謹實驗數據的他再一次吃驚地發現，遺傳機制和研究假設 " 對不上 "！敲除 " 解毒基因 " 後竟然得不到純合單株，難道是，引起籼稻和粳稻雜種花粉不育的解毒基因找錯了？此時的王超龍無法确定，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？
聯合突破瓶頸，" 太行 "" 王屋 " 只等閒
實驗數據的論證必須足夠精準可靠，萬建民的方法是，讓自己帶領的南京農業大學和中國農業科學院作物科學研究所的兩支科研團隊分頭推進、互不幹擾，得出結論後再相互比對。
" 驗證數據的那 2 年，我和農科院作科所的王建博士後通 5、6 個小時的電話，讨論到凌晨兩三點是常有的事。" 王超龍説。
經過 2 年時間，兩位年輕科研人員進行充分的數據比對和讨論後，大膽提出了假設——并不是原先基因找錯了，而可能是發現了一項新的遺傳機制，也就是原先認為的存在于花粉中的 " 破壞 - 守衞 " 機制，即 " 破壞者 " 對所有花粉產生傷害作用，引起花粉的敗育，而 " 守衞者 " 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，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，團隊請來了擁有二三十年出色實驗經驗的農科院研究員吳傳銀，他是組培轉化實驗的資深專家，為了确保每一論證步驟的精準，從實驗設計到載體構建，再到轉化和統計分析，吳傳銀都自己動手、沒有絲毫馬虎。
2021 年的夏天，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！"
當王超龍看到用于驗證的 "GFP 綠色熒光蛋白 " 的失色與變亮，與之前的假設完全一致時，他喊出了聲，" 找到了！"
緊密連鎖的兩個基因被找到、" 基因驅動 " 遺傳機制被破解，雜種不育難題得到了全基因組層面的分析鑑定！
這對于很多領網域内的團隊而言已經是一項很大的突破了，但熱愛挑戰、善 " 啃 " 硬骨頭的萬建民團隊同步還在推進帳子機制的研究：主角找到了，可 " 攻守 " 機制又是如何發揮作用的呢？
" 不要單打獨鬥，要善于合作突破瓶頸。"這是萬建民對學生最常説的話之一，也是他作為 leader, 一直在為團隊創造的。
在清華大學柴繼傑教授、香港中文大學姜裏文教授等資深專家的幫助下，王超龍與農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 " 是通過與細胞中能量工廠線粒體的一個核心功能蛋白互作，幹擾線粒體的產能功能，花粉因缺能而最終敗育；而 " 守衞者 " 能與 " 破壞者 " 直接互作，阻止其進入產能工廠，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理。
橫亘在 " 雜種不育 " 難題中的 " 遺傳機制 " 與 " 分子機制 "，猶如 " 太行 "" 王屋 " 兩座大山，在南京農業大學水稻遺傳育種創新團隊、中國農業科學院作物科學研究所長達 13 年的聯合突破瓶頸，多位科研人員堪比愚公的執着與齊心努力下，被移除了。
( 左一：團隊 Nature 成果第一作者、中國科學院分子植物科學卓越創新中心 PI 周峰研究員，左二、左四：Science 成果第一作者、農學院教授趙志剛、餘曉文，左三：Cell 成果第一作者、農學院博士後王超龍 )
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，并深入到該系統的細胞生物學層面，甚至到其在水稻的進化，這确實是一項令人震驚和了不起的成就。"《細胞》雜志送審專家對成果這樣評價。
中國科學院院士種康表示，" 從文章的角度來講，從遺傳到細胞生物學、到分子生物學，這一套做全了，這個機制從三個層面上做得非常清楚了，在此基礎上，團隊繼續深入，搞清楚了這個模塊的來龍去脈，即它的祖先是什麼。"
緊扣國家需求、緊跟生產實際、挑戰重大科學問題，這是萬建民對學生一以貫之的要求，也是團隊 30 年來書寫 " 糧豐民安 " 科研故事的核心。
與籼稻亞種内雜交相比，籼稻和粳稻亞種間雜交水稻可将水稻單產提高 15% 以上，然而，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，如果達不到這個标準，就沒法實現增產。" 萬建民説。
30 年來，團隊已發現、定位和命名了 27 個不育基因和廣親和基因，占國内外報道的一半以上。咬住 " 籼粳交 " 雜種優勢有效利用難題不放，育性、株高株型、生育期，在這項被萬建民視作的系統工程裏，一個個關鍵基因被挖掘定位、一道道難啃的關口被解析破譯。
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，" 周五最晚班機回寧，周日最晚班機回京，這樣的節奏一周都沒有打破，我的日程表中，沒有‘周末’這一説。"
清晰的科研規劃、加上雷打不動的身體力行，團隊成員一個個地也煉就了數十年如一日的堅守與恒心。水稻育種本身就是一項周期漫長的工程，将分子育種與常規育種相結合，能加速培育速度，但發掘優異基因，平均需要搜集上萬份資源，耗費的人力、物力和時長，可想而知——團隊發掘的水稻半不育基因 PSS1 花了 18 年；《自然》成果、水稻部分顯性矮杆多分蘖基因 D53 用去了 25 年，《科學》成果、水稻 " 自私基因 " 的挖掘用了 9 年，這一次的《細胞》成果又長跑了 13 年！
一次又一次科研暗夜的挫敗、迷航與焦灼中，是團隊協作、是聯合突破瓶頸，是腳踩大地、咬定青山的氛圍，給予了年輕人堅持下來的信心與韌勁。
每年 5-6 月，在南京江寧土橋基地，100 多位團隊師生齊上陣，播種、拔秧、排秧、插秧，場面壯觀。只要時間允許，萬建民都會一同參與其中，用行動告訴學生，" 做水稻，一定要到田間去，一定要能緊跟生產實際。"
除了高水平研究成果迭出，30 年來，團隊圍繞水稻的抗性、品質、氮高效利用、耐鹽鹼水稻品種挖掘等面向生產實際的課題也從未間斷，真正打通了基礎研究與應用研究，串聯起水稻育種的上、中、下遊。
" 将個人理想融入國家和人民需要，将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，集智突破瓶頸、團結協作、共攀高峰。正是基于此，萬院士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表示，學校将以此次重大成果發布為契機，自覺履行高水平科技自立自強的使命擔當，精準對接國家重大戰略需求，夯實創新平台體系建設，開展有組織科研。同時通過靈活延長考核周期，依托大團隊、大項目推動學科間的交叉融合，努力營造既鼓勵創新、又相對寬松的良好氛圍，讓越來越多的年輕人沉下心、埋下頭、有底氣，勇于向科研高峰發起挑戰。
論文鏈接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674 ( 23 ) 00730-4
本文來源：南京農業大學、新華社等，版權屬于原作者，僅用于學術分享
