作者:罗旭 来源:光明日报 发布时间:2022/6/17 9:06:34
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破解小麦赤霉病的基因密码
——记荣获第26届“中国青年五四奖章集体”的作物生物学国家重点实验室小麦种质创新与利用团队

 

【奋斗者正青春】

芒种过后,正是麦收时节。山东泰安,翻滚的麦浪诉说着丰收的喜悦。

早上7点刚过,金灿灿的麦田里,已有一群年轻人在辛勤地劳作。收割,捆扎,分类,标记,一套动作流畅娴熟。

脸被烈日晒得黝黑,手被麦芒扎得粗糙。这些“干农活”的年轻人,来历可不一般。作为山东农业大学作物生物学国家重点实验室小麦种质创新与利用团队成员,他们年纪轻轻却已走在农业科技的世界前沿,成功破解小麦“癌症”的基因密码,成果入选两院院士评选的“2020年中国十大科技进展”。

小麦是我国第二大粮食作物,是北方人的主要口粮。“农民种植小麦,最怕小麦生病,尤其是赤霉病。”山东农业大学农学院院长、作物生物学国家重点实验室副主任孔令让介绍,“这个病俗称小麦‘癌症’,可导致大幅减产,产生的霉菌毒素严重危害人畜健康甚至致癌。如何培育抗病品种,从源头上克服小麦赤霉病,是农业科技领域的世界性难题。”

端牢“中国饭碗”,重在农业科技创新。2008年,刚从海外留学回国的孔令让马不停蹄,在山东农业大学组建了一支青年科研团队,率先踏上寻找优异基因对抗小麦赤霉病的道路。

“小麦基因组庞大,有12万个基因,从中找到一个抗赤霉病基因,有些像大海捞针。”团队成员、山东农业大学农学院教授王宏伟坦言,向科学未知挑战,一次次的失败甚至绝望是工作的常态。

“作物研究,必须坐得住冷板凳。”团队成员、山东农业大学农学院博士生吕忠璠说,“小麦在大田里的生长周期一般是230多天,在温室内种一茬也需要3个多月。如果一个环节出错,就要再等一个生长周期。”

寒来暑往,年复一年,数不清经历了多少次尝试和挫折,团队在筛选研究中发现,小麦的近缘植物长穗偃麦草的7E染色体长臂末端,含有赤霉病抗原。“然而,染色体末端有上千个基因,究竟哪一个是我们的目标?还有大量工作要做。”团队成员、山东农业大学农学院副教授孙思龙说。

接下来的3年里,团队对2.5万株小麦进行了分析。光是基因扩增实验,就至少做了30万次,大家平均每天泡在实验室14个小时以上。好在天道酬勤,他们终于把抗病基因的定位范围,缩小到了两个基因。

曙光在前,却又遭遇至暗时刻。2019年春天的一个夜晚,王宏伟和孙思龙经过一番讨论,推翻了前面的结论。当时,两个人都很绝望,王宏伟更是焦虑得一夜未眠。第二天一早,两个心有不甘的年轻人聚到实验室,又从头梳理和论证实验数据。最终,他们一致判定,前面的结论并没有错,并推断出其中一个基因就是大家寻找多年的答案。

接下来,就差把推断结果用实验论证出来了。“看似只有一步之遥,其实却是咫尺天涯。”王宏伟说,“团队得反复在大田里构建群体、取材完成基因克隆,再到实验室进行抗病分子机制解析。这又是一个漫长的过程。”

“又经过一年多的集智攻关,团队才最终确认找到了小麦‘癌症’克星——抗赤霉病主效基因Fhb7。”孙思龙介绍,2020年5月,国际顶尖学术期刊《科学》以封面文章发表了这一原始创新成果。目前,团队创制的抗赤霉病小麦种质材料已提供给国内60多家育种单位使用。第一个含抗赤霉病基因Fhb7的小麦新品种“山农48”,已于2021年通过正式审定并在全国推广种植。

青春接力,久久为功。“十几年中,我们培养了一支‘心有大我、至诚报国’的团队。”孔令让说,团队成员在科研实践中砥砺成才,涌现出全国杰出专业技术人才、农业农村部“农业科研杰出人才”、全国优秀共产员等先进典型。如今,针对抗赤霉病基因的生物降解应用等科学难题,这个平均年龄只有30岁的团队,又开启了新的科研攻关。

用奋斗擦亮青春底色,以实干担当时代重任。“农业科研是一项充满希望的工作,每一次看到麦苗破土而出,心中都会升起新的期冀。”吕忠璠说,“我们会继续瞄准制约现代农业发展的‘卡脖子’技术难题,踔厉奋发,勇攀高峰,为保障国家粮食安全交出新时代青年的创新答卷。”

(本报记者 罗旭)

 
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