今天小编分享的教育经验：南农最新cell：历时13年，万建民院士团队实现“CNS大满贯”！，欢迎阅读。
作物杂种优势利用是大幅提高粮食产量的重要途径。上世纪七十年代以来，袁隆平先生研发的杂交水稻主要就是通过利用籼稻亚种内的杂种优势培育杂交稻，实现了水稻大幅增产，带来第二次 " 绿色革命 "，为我国乃至世界粮食安全做出了突出贡献。籼稻和粳稻亚种间杂交稻具有更大的增产潜力，但亚种间杂交带来的花粉不育、小穗结实率低、子粒不饱满等 " 杂种不育 " 现象却严重阻碍了这一杂种优势的利用。
7 月 26 日，由中国工程院院士万建民领衔、南京农业大学和中国农业科学院作物科学研究所的科研团队联合突破瓶頸，在国际权威学术期刊《细胞（Cell）》期刊在线发表题为 "A natural gene drive system confers reproductive isolation in rice" 研究成果，该研究系统鉴定了引起籼稻和粳稻杂种花粉不育的位点，并对其中一个最主效的位点进行了基因克隆和遗传，首次从分子层面阐明了籼稻和粳稻杂种不育分子机理、破解了水稻生殖隔离之谜。同时揭示了基因的演化规律以及其在不同水稻种质资源中的分布。该研究历时 13 年，为利用水稻亚种间杂种优势培育高产品种提供了理论和技术支撑。
这也是继 2013 年的Nature成果、2018 年的Science成果，万建民院士团队在水稻分子遗传与育种领網域接连取得重大科研突破，捧得了 "CNS 大满贯 "。
" 能够深入到基因功能水平，完成所有的基因编辑工作，并深入到该系统的细胞生物学层面，甚至到其在水稻的进化，这确实是一项令人震惊和了不起的成就。"《细胞》杂志送审专家对成果这样评价。
" 我从 1991 年开始研究‘水稻杂种优势利用’难题，这后来也变成了团队延续了 30 年的科研梦想。" 在万建民看来，满贯是团队的 " 里程碑 "，但绝不是 " 完结篇 "。
细数 CNS 三个成果，每一项都是 " 十年一剑 "，并且无一例外地由年轻科研人员勇挑重担、多家部門联合突破瓶頸。
满贯在手，团队成员在欢欣鼓舞之余，展现出的却是 " 大事前有静气 " 的平和谦逊，是哪些特质造就了这样的学术氛围，又有哪些秘笈让这支队伍一次又一次地站在了领網域内的科研之巅？每一次磨剑的 10 年之间，就没有过犹豫和动摇吗？
" 没想过会失败，只想过如何穿行黑暗。"Cell 成果第一作者、南京农业大学农学院博士后王超龙说。
5 年弯路，不怕从头再来
2023 年，距离王超龙 " 咬 " 定这一难题已过去了整整 8 年，这还不包括故事一开头、在错误方向里摸爬滚打的 5 年。
2010 年，在周围大部分同学都在为升学毕业而忙碌的大四，王超龙开始硕博连读，将志向锁定三农、师从万建民院士，一头扎入了水稻领網域的世界难题 " 杂种不育 " 的机制探究。因为来自强化班，王超龙被寄予厚望，但老天一开始却并未眷顾这个努力的年轻人。
2015 年，在经历了一次又一次的基因功能验证无效后，王超龙发现是基因的定位区间错了，往前推，5 年前他接手的试验材料关键单株就不准确， 相当于马不停蹄跑了 5 年，却发现步子迈开的第一步，方向就错了，这对于沉醉其中、满怀期待的王超龙而言，是个不小的打击。
走错一步就是 5 年，后面的路该何去何从？
" 有曲折才证明有挑战，我们要做的，就是有挑战性的、有意义的课题！" 导师万建民的一番话彷佛黑暗中投射的一道光，照进了王超龙的心里，万建民鼓励王超龙把这块骨头 " 啃 " 下去。
2016 年，王超龙开始攻读博士后，他决定从头开始、重新构建试验材料，杂交一代、回交四代，要做 5 次实验，为了最大限度地提高效率，王超龙开始了在南京和三亚南繁基地的来回奔走，埋头试验、无问东西。
2019 年，得到严谨实验数据的他再一次吃惊地发现，遗传机制和研究假设 " 对不上 "！敲除 " 解毒基因 " 后竟然得不到纯合单株，难道是，引起籼稻和粳稻杂种花粉不育的解毒基因找错了？此时的王超龙无法确定，是老天再一次和自己开起了玩笑，还是研究正在步步逼近答案？
联合突破瓶頸，" 太行 "" 王屋 " 只等闲
实验数据的论证必须足够精准可靠，万建民的方法是，让自己带领的南京农业大学和中国农业科学院作物科学研究所的两支科研团队分头推进、互不干扰，得出结论后再相互比对。
" 验证数据的那 2 年，我和农科院作科所的王建博士后通 5、6 个小时的电话，讨论到凌晨两三点是常有的事。" 王超龙说。
经过 2 年时间，两位年轻科研人员进行充分的数据比对和讨论后，大胆提出了假设——并不是原先基因找错了，而可能是发现了一项新的遗传机制，也就是原先认为的存在于花粉中的 " 破坏 - 守卫 " 机制，即 " 破坏者 " 对所有花粉产生伤害作用，引起花粉的败育，而 " 守卫者 " 阻止 " 破坏者 " 的伤害作用，因此那些遗传了该基因的花粉，就能受到保护，从而正常发育，这样的机制同样存在于植株体细胞之中。
为了论证这一假设，团队请来了拥有二三十年出色实验经验的农科院研究员吴传银，他是组培转化实验的资深专家，为了确保每一论证步骤的精准，从实验设计到载体构建，再到转化和统计分析，吴传银都自己动手、没有丝毫马虎。
2021 年的夏天，吴传银兴奋地拨通了王超龙的电话，" 你来一趟北京，到实验室见证！"
当王超龙看到用于验证的 "GFP 绿色荧光蛋白 " 的失色与变亮，与之前的假设完全一致时，他喊出了声，" 找到了！"
紧密连锁的两个基因被找到、" 基因驱动 " 遗传机制被破解，杂种不育难题得到了全基因组层面的分析鉴定！
这对于很多领網域内的团队而言已经是一项很大的突破了，但热爱挑战、善 " 啃 " 硬骨头的万建民团队同步还在推進帳子机制的研究：主角找到了，可 " 攻守 " 机制又是如何发挥作用的呢？
" 不要单打独斗，要善于合作突破瓶頸。"这是万建民对学生最常说的话之一，也是他作为 leader, 一直在为团队创造的。
在清华大学柴继杰教授、香港中文大学姜里文教授等资深专家的帮助下，王超龙与农科院熊叶辉研究员频繁交流、逐层深入，从蛋白水平上解析了 " 破坏者 " 是通过与细胞中能量工厂线粒体的一个核心功能蛋白互作，干扰线粒体的产能功能，花粉因缺能而最终败育；而 " 守卫者 " 能与 " 破坏者 " 直接互作，阻止其进入产能工厂，从而解除破坏作用，这一理论上的重大突破首次从分子层面阐明了水稻杂种不育的机理。
横亘在 " 杂种不育 " 难题中的 " 遗传机制 " 与 " 分子机制 "，犹如 " 太行 "" 王屋 " 两座大山，在南京农业大学水稻遗传育种创新团队、中国农业科学院作物科学研究所长达 13 年的联合突破瓶頸，多位科研人员堪比愚公的执着与齐心努力下，被移除了。
( 左一：团队 Nature 成果第一作者、中国科学院分子植物科学卓越创新中心 PI 周峰研究员，左二、左四：Science 成果第一作者、农学院教授赵志刚、余晓文，左三：Cell 成果第一作者、农学院博士后王超龙 )
顶天立地，为粮丰民安
" 能够深入到基因功能水平，完成所有的基因编辑工作，并深入到该系统的细胞生物学层面，甚至到其在水稻的进化，这确实是一项令人震惊和了不起的成就。"《细胞》杂志送审专家对成果这样评价。
中国科学院院士种康表示，" 从文章的角度来讲，从遗传到细胞生物学、到分子生物学，这一套做全了，这个机制从三个层面上做得非常清楚了，在此基础上，团队继续深入，搞清楚了这个模块的来龙去脉，即它的祖先是什么。"
紧扣国家需求、紧跟生产实际、挑战重大科学问题，这是万建民对学生一以贯之的要求，也是团队 30 年来书写 " 粮丰民安 " 科研故事的核心。
与籼稻亚种内杂交相比，籼稻和粳稻亚种间杂交水稻可将水稻单产提高 15% 以上，然而，同时会出现花粉不育、小穗结实率低、子粒不饱满等杂种不育现象。" 结实率 80% 是前提，如果达不到这个标准，就没法实现增产。" 万建民说。
30 年来，团队已发现、定位和命名了 27 个不育基因和广亲和基因，占国内外报道的一半以上。咬住 " 籼粳交 " 杂种优势有效利用难题不放，育性、株高株型、生育期，在这项被万建民视作的系统工程里，一个个关键基因被挖掘定位、一道道难啃的关口被解析破译。
30 年来，只要条件允许，万建民都会在周末回到南京农业大学，" 周五最晚班機回宁，周日最晚班機回京，这样的节奏一周都没有打破，我的日程表中，没有‘周末’这一说。"
清晰的科研规划、加上雷打不动的身体力行，团队成员一个个地也炼就了数十年如一日的坚守与恒心。水稻育种本身就是一项周期漫长的工程，将分子育种与常规育种相结合，能加速培育速度，但发掘优异基因，平均需要搜集上万份资源，耗费的人力、物力和时长，可想而知——团队发掘的水稻半不育基因 PSS1 花了 18 年；《自然》成果、水稻部分显性矮杆多分蘖基因 D53 用去了 25 年，《科学》成果、水稻 " 自私基因 " 的挖掘用了 9 年，这一次的《细胞》成果又长跑了 13 年！
一次又一次科研暗夜的挫败、迷航与焦灼中，是团队协作、是联合突破瓶頸，是脚踩大地、咬定青山的氛围，给予了年轻人坚持下来的信心与韧劲。
每年 5-6 月，在南京江宁土桥基地，100 多位团队师生齐上阵，播种、拔秧、排秧、插秧，场面壮观。只要时间允许，万建民都会一同参与其中，用行动告诉学生，" 做水稻，一定要到田间去，一定要能紧跟生产实际。"
除了高水平研究成果迭出，30 年来，团队围绕水稻的抗性、品质、氮高效利用、耐盐碱水稻品种挖掘等面向生产实际的课题也从未间断，真正打通了基础研究与应用研究，串联起水稻育种的上、中、下游。
" 将个人理想融入国家和人民需要，将研究工作聚焦国家重大战略需求，追求真理、不畏艰难、勇于创新，集智突破瓶頸、团结协作、共攀高峰。正是基于此，万院士团队才实现了一个又一个的突破。" 南京农业大学校长陈发棣表示，学校将以此次重大成果发布为契机，自觉履行高水平科技自立自强的使命担当，精准对接国家重大战略需求，夯实创新平台体系建设，开展有组织科研。同时通过灵活延长考核周期，依托大团队、大项目推动学科间的交叉融合，努力营造既鼓励创新、又相对宽松的良好氛围，让越来越多的年轻人沉下心、埋下头、有底气，勇于向科研高峰发起挑战。
论文链接：
https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674 ( 23 ) 00730-4
本文来源：南京农业大学、新华社等，版权属于原作者，仅用于学术分享
