圖為萬建民（左四）和團(tuán)隊(duì)成員。 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)供圖

今年是萬建民團(tuán)隊(duì)的“大滿貫”之年。

前不久，由中國工程院院士萬建民領(lǐng)銜、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所（以下簡稱農(nóng)科院作科所）科研人員共同組成的團(tuán)隊(duì)，首次從分子層面闡明了秈稻和粳稻“雜種不育”分子機(jī)理，破解了水稻生殖隔離之謎。相關(guān)成果發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》。

至此，繼2013年、2018年在《自然》《科學(xué)》雜志發(fā)布研究成果后，萬建民科研團(tuán)隊(duì)在水稻分子遺傳與育種科研領(lǐng)域又取得突破，實(shí)現(xiàn)在三大頂尖期刊均發(fā)表成果的“大滿貫”。

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

細(xì)數(shù)這三項(xiàng)成果，幾乎每項(xiàng)都是“十年一劍”，并且無一例外都是由青年科研人員挑重?fù)?dān)、多家單位聯(lián)合攻關(guān)完成的。

在每一次科研攻關(guān)中，這支團(tuán)隊(duì)或多或少總會(huì)遇到挫折，但最后的成果標(biāo)注了奮斗的價(jià)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。”萬建民團(tuán)隊(duì)成員、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)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(tuán)隊(duì)的文章出現(xiàn)在《細(xì)胞》雜志網(wǎng)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(jī)制。

2015年，在基因功能驗(yàn)證多次無效后，王超龍發(fā)現(xiàn)5年前他接手的試驗(yàn)材料數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致研究停滯不前。

“相當(dāng)于馬不停蹄跑了5年，結(jié)果邁出的第一步就錯(cuò)了。”這對于醉心科研、滿懷期待的王超龍而言，是個(gè)不小的打擊。

走錯(cuò)一步，浪費(fèi)了5年，后面的路該怎么走？

“有曲折才說明有挑戰(zhàn)，我們要做的，就是有挑戰(zhàn)性的、有意義的課題。”導(dǎo)師萬建民的一番話仿佛黑暗中的一道光，照進(jìn)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(gòu)建試驗(yàn)材料。為了盡可能提高效率，王超龍?jiān)谀暇┺r(nóng)業(yè)大學(xué)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(yàn)。

2019年，得到嚴(yán)謹(jǐn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的他再一次驚訝地發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和研究假設(shè)“對不上”。

“難道是引起秈稻和粳稻雜種花粉不育的‘守衛(wèi)者’基因找錯(cuò)了？”彼時(shí)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(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。關(guān)鍵時(shí)刻，萬建民讓他帶領(lǐng)的南京農(nóng)業(yè)大學(xué)和農(nóng)科院作科所這兩支科研團(tuán)隊(duì)分頭推進(jìn)、互不干擾，得出結(jié)論后再進(jìn)行比對。

“驗(yàn)證數(shù)據(jù)的那兩年，我和農(nóng)科院作科所博士后王建，經(jīng)常一天里要通五六個(gè)小時(shí)的電話，還不時(shí)討論到凌晨兩三點(diǎn)。”王超龍說。

強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合破難關(guān)

苦心人天不負(fù)。

2年后，王超龍和王建在進(jìn)行充分的數(shù)據(jù)比對和討論后，大膽提出了假設(shè)：并非原先的基因找錯(cuò)了，而是存在一種新的遺傳機(jī)制。

也就是說，原先認(rèn)為存在于花粉中的“破壞—守衛(wèi)”機(jī)制，即“破壞者”基因會(huì)傷害所有花粉細(xì)胞，導(dǎo)致花粉不育，而“守衛(wèi)者”基因可以阻止“破壞者”基因，因此那些遺傳了“守衛(wèi)者”基因的花粉細(xì)胞，就能受到保護(hù)，從而正常發(fā)育。這樣的機(jī)制同樣存在于植株體細(xì)胞之中。

為了論證這一假設(shè)，萬建民團(tuán)隊(duì)請來了擁有多年實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)的中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究員吳傳銀，他是植物組織培養(yǎng)和遺傳轉(zhuǎn)化方面的資深專家。

為了確保每一論證步驟的精準(zhǔn)，吳傳銀從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)到載體構(gòu)建，再到轉(zhuǎn)化和統(tǒng)計(jì)分析都進(jìn)行了細(xì)致的設(shè)計(jì)。

2021年夏天，吳傳銀興奮地?fù)芡送醭埖碾娫挘骸澳銇硪惶吮本綄?shí)驗(yàn)室見證。”

當(dāng)王超龍看到實(shí)驗(yàn)結(jié)果與假設(shè)完全一致時(shí)，他喊了一聲：“找到了！”

“破壞者”“守衛(wèi)者”這兩大“主角”找到了，可“攻守”機(jī)制又是如何發(fā)揮作用的呢？

“不要單打獨(dú)斗，要善于合作攻關(guān)。”這是萬建民最常說的一句話。

在清華大學(xué)教授柴繼杰、香港中文大學(xué)教授姜里文等資深專家的幫助下，王超龍與中國農(nóng)業(yè)科學(xué)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(xì)胞中能量工廠線粒體的一個(gè)核心功能蛋白相互作用，干擾線粒體的產(chǎn)能功能，使花粉因缺少能量不育。而“守衛(wèi)者”可與“破壞者”直接互作，阻止“破壞者”進(jìn)入產(chǎn)能工廠，使其不能“作亂”，花粉從而能正常發(fā)育。

至此，經(jīng)過13年的聯(lián)合攻關(guān)，“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(xué)問題，這是萬建民團(tuán)隊(duì)30年來書寫的“糧豐民安”科研故事的主題。

與秈稻亞種內(nèi)雜交相比，秈稻和粳稻亞種間雜交水稻可將水稻單產(chǎn)提高15%以上，但同時(shí)會(huì)出現(xiàn)花粉不育、小穗結(jié)實(shí)率低、子粒不飽滿等“雜種不育”現(xiàn)象。

“結(jié)實(shí)率80%是前提，如果達(dá)不到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，就沒法實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。”萬建民說。

30年來，該團(tuán)隊(duì)已發(fā)現(xiàn)、定位和命名了27個(gè)不育基因和廣親和基因。

30年來，只要條件允許，萬建民都會(huì)在周末回到南京農(nóng)業(yè)大學(xué)。

“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。”萬建民說。

每年5月至6月，在南京市江寧區(qū)的土橋社區(qū)水稻實(shí)驗(yàn)基地中，萬建民團(tuán)隊(duì)100多位師生一起播種、拔秧、排秧、插秧。萬建民有時(shí)間便會(huì)參與其中，用行動(dòng)告訴學(xué)生，“做水稻研究，一定要到田間去，一定要緊跟生產(chǎn)實(shí)際”。

水稻育種是一項(xiàng)長周期科研工程。為了完成育種任務(wù)，有時(shí)萬建民團(tuán)隊(duì)成員要搜集上萬份種質(zhì)資源，耗費(fèi)大量的人力、物力和時(shí)間。例如，該團(tuán)隊(duì)用18年發(fā)掘水稻半不育基因PSS1，用25年才發(fā)現(xiàn)水稻部分顯性矮稈多分蘗基因D53……

除了產(chǎn)出高水平研究成果，30年來，這支團(tuán)隊(duì)還圍繞水稻的抗性、品質(zhì)、氮高效利用、耐鹽堿水稻品種挖掘等解決現(xiàn)實(shí)問題，打通基礎(chǔ)研究與應(yīng)用研究，串聯(lián)起水稻育種的上、中、下游。

“他們將個(gè)人理想融入國家和人民需要，將研究工作聚焦國家重大戰(zhàn)略需求，追求真理、不畏艱難、勇于創(chuàng)新，集智攻關(guān)。正基于此，萬建民團(tuán)隊(duì)才實(shí)現(xiàn)了一個(gè)又一個(gè)的突破。”南京農(nóng)業(yè)大學(xué)校長陳發(fā)棣說。

（記者 金 鳳 通訊員 許天穎）