十佳团队推选 |水稻遗传育种创新团队先进事迹

发布时间:2018-09-17浏览次数:16

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本团队依托作物遗传与种质创新国家重点实验室、农业部长江中下游粳稻生物学与遗传育种重点实验室、江苏省植物基因工程技术研究中心、江苏省现代作物生产协同创新中心等研究基地,通过承担国家“863”“973”国家自然科学基金、转基因重大专项、国家科技支撑计划、农业部公益性行业专项、农业科技成果转化、江苏省高技术项目等近百项科研项目,围绕水稻产量、品质、抗性等重要农艺性状开展创新性研究工作,挖掘水稻重要性状关键基因,研究基因功能,阐明重要性状形成的分子基础,同时将分子育种与常规育种相结合,创制新种质,培育高产、优质、多抗、广适性的水稻新品种。团队已培养毕业博士研究生125名、硕士研究生128人,其中3名获得全国优秀博士学位论文提名奖,6名获得江苏省优秀博士学位论文奖,3名获得江苏省优秀硕士学位论文奖。现在读博士研究生58名,硕士研究生59名。在国内外核心刊物上发表论文300余篇,其中在ScienceNatureNatureBiotechnologyNature CommunicationDevelopmentalCellPNASPlant CellPLoSGeneticsPlant Physiol.New PhytologistSCI论文200余篇,截止2018212日,SCI他引5676次。获得国家发明专利34项,获得植物新品种权保护18项,审定品种12个,并得到大面积推广应用。获得获国家科技进步一等奖和国家技术发明二等奖各1项,入选中国科学十大进展1次,教育部高校十大科技进展2次。

先进事迹

勤于躬耕 勇于创新

水稻育种本身就是一项周期漫长的工程,发掘优异基因,平均需要搜集上万份资源,耗费的人力、物力和时间是可想而知的。与优异基因相遇,是可遇不可求的,硕果累累的背后,是团队成员日积月累的辛勤付出。水稻的抗性、产量以及品质,是水稻遗传育种创新团队的科研关键词,这也对应着中国百姓不断提高的食品需求:首先得有得吃,其次要吃得饱,温饱之后,是如何吃得好

位于长江中下游的江苏省是鱼米之乡,有得吃似乎不应该成为问题,但由于缺乏广谱抗性品种以及气候等多种因素,导致病虫害发生频繁。水稻遗传育种创新团队建立了规模化水稻条纹叶枯病抗性鉴定技术体系,进行抗条纹叶枯病水稻种质与基因/QTL挖掘,筛选高抗种质,挖掘抗病基因/QTL 24个,占国内外已报道的71%;克隆了主效抗病基因Stv11。创建抗条纹叶枯病分子育种技术体系,创制新种质16份。牵头组织南方粳稻区主要育种单位联合攻关,选育10个早、中、晚熟抗条纹叶枯病高产优质新品种,2009年推广面积占南方粳稻区的78%,累计推广1.36亿亩,有效解决了条纹叶枯病危害的难题。抗条纹叶枯病高产优质粳稻新品种选育及应用2010年国家科技进步一等奖。其中宁粳1号被农业部认定为超级稻主导品种,2007—2008年推广面积居全国粳稻品种前3名。围绕水稻抗性基因研究,团队的科研攻关步伐并未停止,2014年他们在水稻抗褐飞虱研究上取得重要进展,克隆了水稻抗褐飞虱基因Bph3,并阐明了该基因的功能,结果发表在国际权威刊物《自然生物技术》《NatureBiotechnology》(2014),并创制抗褐飞虱的育种中间材料,实现成果转化。万建民教授如是说:过去依靠分子标记的选育抗病虫品种,相当于只知道抗病虫基因在哪座城市,而现在知道了抗病虫基因门牌号码,将可以实现抗病虫品种的精确选择,育种效率更高,更可靠,进度更快。

由于气候条件的差异,我国的水稻产区呈现北粳南籼的分布态势,即北方稻区以种植粳米为主,南方稻区则多种植籼米。研究表明,相比粳粳型籼籼型亚种内杂种,水稻籼粳亚种间杂种具有强大的杂种优势,增产达15%~30%。但籼粳杂种存在育性差、结实率低、植株偏高、易倒伏等问题,限制了籼粳杂种优势的有效利用。水稻遗传育种创新团队围绕水稻的育性、熟期和株型,经过20多年的科研攻关,攻克了这一难题。团队在杂种优势利用的科学难题上挑战经典,首次用自私基因模型揭示了水稻的杂种不育现象,阐明了自私基因在维持植物基因组的稳定性、促进新物种的形成中的分子机制(结果发表在国际权威刊物《科学》《Science2018)。他们相继发掘出17个不育位点及广亲和基因,并发明相应分子标记,聚合广亲和基因,创制广亲和恢复系和粳型亲籼不育系,组配的籼粳交组合结实率稳定在85%以上,有效解决了籼粳杂种半不育难题。发掘早熟基因,提出基于感光基因型和光钝感基因的分子设计方法,设计最佳育种方案,获得理想熟期的籼粳交新组合,解决了籼粳杂种超亲晚熟问题。发掘显性矮秆基因D53及株型关键基因APC/CTE,首次阐明独脚金内酯信号途径控制株型的作用机理(结果发表在国际权威刊物《自然》《Nature2013),为培育籼粳交理想株型奠定基础。他们创建了多重杂交与分子标记选择相结合的聚合育种技术,与传统的育种手段相比,分子标记聚合技术的优势主要体现在两个方面:一是可以将水稻培育周期缩短1~2年,加快了培育速度;二是提高了聚合优良水稻性状的准确性,是一条有效克服籼粳交杂种优势有效利用难题的技术途径。

通过构建分子标记聚合育种技术体系,水稻遗传育种创新团队综合籼粳水稻品种的优势,从籼粳杂交后代中选育出粳稻品种3个,其中宁粳3宁粳4分别被农业部评为超级稻新品种和超级稻主导品种。据不完全统计,宁粳3”“宁粳4在全国的推广面积已累计超过2000万亩。团队还通过聚合广亲和基因和早熟基因,培育广适强优恢复系W107,组配的协优107107分别通过国家和安徽省审定,2006年协优107在云南省永胜县1.13亩上创亩产1287公斤的世界最高记录。成果水稻籼粳杂种优势利用相关基因挖掘与新品种培育获得2014年国家技术发明奖二等奖。

有米吃了,什么米才叫好吃?什么人群适合食用什么稻米?这成了水稻遗传育种创新团队近年来研究的又一突破口。2004年,万建民教授受任全球营养强化项目负责人,开始针对大米的多样化需求,培育适合特殊人群食用的大米。如针对肾脏病人开发谷蛋白含量低于4% 的低蛋白大米,针对糖尿病人研制的不容易转化为糖的高抗性淀粉大米,此外,还在提升大米的口感和营养品质上下功夫,包括改变大米的粘性、弹性和韧性,提升大米中营养营养元素的含量,适应现代人个性多样的主食需求。通过分子标记辅助选择育种的手段,培育了适合肾脏病人食用的低谷蛋白的优质高产水稻新品种W0868,该品种平均谷蛋白含量仅普通稻米的一半,将W0868这一低谷蛋白大米替代普通大米作为主食,可减轻慢性肾脏病患者肾脏负担,延缓病程,提高生存质量。该品种的推广应用将造福全国乃至全球数以亿万计的慢性肾脏病人。

对于未来的研究方向,他们方向明晰,纯碎象牙塔的研究是不会产生认同的,我们团队要做的就是紧紧围绕国家经济发展和社会重大民生需求,去攻关、去开拓,真正惠及这片土地上的农民百姓

给学生跳一跳才能够得着的压力和空间

严谨治学、实事求是的科研精神

科学研究最重要的是严谨的治学态度和实事求是的科研素质。这些在自然科学领域,最直观的体现就是科研数据,我们就是通过对包含数据在内的实验进展的考核把关,来培养研究生的研究能力和严谨治学的作风。

对自然科学研究而言,数据的准确性和可靠性,既是研究能力的要求,也是科学态度的要求。尤其是对于刚刚开展科学研究的研究生而言,数据的获得是一项基本的素养,是学生入门的基本功。导师和学科带头人要确保队伍形成严肃的学术氛围,出现问题严肃处理,确保给学术研究一片纯净的空间,从某种意义上来说,这才是对创新真正意义上的鼓励。

经过多年的共同学习和工作,现在团队已经形成一种共识,那就是严谨是科研工作最重要的素质。2006年,团队曾经有一名学生收到一家著名期刊的用稿通知,就在发稿前夕,老师们无意中发现文章中有些数据有问题,我们坚决要求这位同学撤回稿件。虽然有人觉得失去这个在著名期刊发表成果的机会很可惜,但导师们认为一个学术团队严谨的作风是学术人的坚守,千万不能为一时的成果所诱惑,不能给学生留下哪怕一丝侥幸的印象。

对研究生,既要严格要求,又要亲切关怀,要在日常的教育教导中,建立起他们对科研工作的兴趣、从事科研的信心和献身科研工作的自豪感。要让每个学生认识到做科研是最有意义的事,让他们有信心成为世界上最好的科研工作者!

坚持不懈、独立思考的科研素质

科研素养的培养,确实要贯彻科研的全过程,从开题的严格要求,到阅读大量文献,做好开题报告,每个细节都不能放过。要充分讨论研究专题的科学意义、目的和技术路线。要及时跟踪和把握研究领域内全世界领先的科学家的研究成果和进展,还要培养学生独立思考问题的能力。

其中,老师们必须注意的是,要相信学生的能力水平,发挥他们的主观能动性。在我们的团队里,所有研究生几乎从入门起,就要尽可能参与项目申请、答辩和国内主要学术会议,感受学术氛围。

我们认为,各种形式的交流是促进学生提高的有效途径。在我们每周定期组织的

SEMINA(学术研讨)里,首先由导师指定较高学术含量的专业刊物,每个学生根据自己的研究方向和兴趣,在这些刊物中挑选自己感兴趣的文章深度阅读,然后在全体师生面前交流阅读感受和收获。仅仅这一项,每个学生每学期至少能精读2篇本学科内的高水平论文,还可以通过同伴的分享扩展自己的专业知识的触角。

此外,每个研究生每隔半个月还要将自己的研究情况跟导师面对面交流,这样我们就能及时掌握研究进展,了解他们遇到了哪些问题,有哪些可以改进的地方。导师还会每周组织一次会面,讨论科学问题和文章撰写等事宜。可以说,对学生科学素养的培养是渗透在平时的点点滴滴学习和研究中的,不断进行思想的交流是推进他们取得提升最好的助力器。

攀登科学高峰的勇气和自信

作为导师,首先要帮助研究生树立攀登科学高峰的勇气和自信,要舍得给他们压担子,提要求。我们的经验是及时把学生引入科学前沿,一开始就鼓励他们问鼎研究前沿课题。耐盐碱是水稻研究前沿领域的一个重要问题,为了让研究生更快进入到这个领域的研究中,我们组织课题组全体老师和学生花费3个月的时间来讨论在这个领域遇到的共同难题和已有的研究进展。大家经过长时间的资料搜集和问题探索,思想不断的互相拥抱和碰撞。导师持续对学生的思想火花给予指导和修正,既培养了学生提出的问题的能力和思考问题的角度,有时候还能给导师以启发,有出乎意料的收获。

除了让学生参与学术交流,我们更支持学生参与科研实践。随着人们生活水平的提高,以及研究水平的提高赋予我们的科技自信,大家对食品的口感和功能越来越挑剔,水稻谷蛋白研究便是顺应这一变化。这之前,全球只有日本和美国加州大学着手这个领域的研究。我们关注到这个领域,尝试着把这个问题引入到我们的课题讨论会里面,激发老师和同学们一起来关注这个领域的研究进展,讨论可以从怎样的角度着手研究,确定研究思路,设计和实施研究方案。通过研究,我们找到一个调节机制,来调节水稻种子胚乳中积累的贮藏蛋白的含量,以满足不同人群的需求,最后在国际著名的杂志The  Plant Cell上发表了研究成果。整个研究过程,我们都尽量让研究生参与进来,给他们一个需要跳一跳才能够得着的压力和空间,让他们得到成长,当时参与这个研究的学生,有的已经成为领域内知名的科学家。

除了对已有学生的培养,我们的导师,乃至学院和学校,还要关注对研究生培养的制度设计,改善他们的生活学习环境,建立完善奖励制度,给包括研究生在内的广大科研工作者更宽松的研究空间。