為了你的減脂沙拉更好看,生菜可以長出花葉子;為了栽種更省心,花生可以自主抗病;為了田間勞作更省力,稻子甘愿一次播種被連續收割好幾年……
作物如此配合,卻不是天賦異稟。4月6日是華大基因完成水稻基因組測序20周年,也是從那時起,我國農作物基因測序走上了發展快車道。
十里稻花香,引無數人競折腰
2000年,剛代表中國完成人類基因組計劃1%任務的華大,希望開啟一個新的基因測序項目,他們將目標鎖定在水稻身上。
當時日本已進行水稻測序工作好幾年,他們研究的是適合做壽司的粳稻。在早前的人類基因組計劃中,日本是創始成員國之一,從早期到最后階段都作出了重大貢獻。跟他們比起來,當時的華大可謂缺人、缺錢、起步還晚。
開局“低配”難擋強烈決心。目標明確后,華大創始人汪建第一時間帶著團隊到湖南拜訪袁隆平院士,他建議使用中國雜交稻的父本作為測序樣本材料。
一方以中國雜交水稻的父本為研究對象,一方以日本常見的粳稻開展研究,中日之間的水稻基因組測序競賽正式開啟。
當時,國際基因科技格局形成了美國、歐洲和亞洲的三足鼎立之勢。其中,亞洲以日本為核心。能不能從日本手中爭取到基因科技話語權,可謂成敗在此一舉。
“為了追趕進度,華大平均一臺機器一天檢測1100個樣品,我們晚班時睡在機房里,每隔3小時起來上一次樣。”一名項目成員回憶道。
條件雖艱苦,華大還是趕在日本之前出了成果。2001年底,華大宣布完成水稻(秈稻)基因組框架圖的繪制,并免費公布數據庫;2002年4月,Science雜志以封面文章的形式報道了這項工作。
研究多年生稻,開啟一段緣分
華大水稻基因組圖譜的發表,在業內引起巨大反響。多年生稻的發明人、云南大學教授胡鳳益至今仍記得,那期Science的封面,是來自他老家云南的梯田。
“2002年,我正在菲律賓國際水稻研究所讀書,最初看到這篇文章,感覺就像一個超級武器,把我們那些學生的希望都掃沒了。基因組都出來了,那我們再研究水稻還有什么意義?后來才明白,即使基因組完成了,很多功能還是未知的,還需要繼續完善。更重要的是,因為基因組的完成,才給了后來人再創造的機會。”
此后的20多年時間,胡鳳益選擇研究多年生稻,并與華大開啟一段重要合作。
所謂“多年生”,可以說是對作物本身屬性的回歸和升級。水稻、玉米、大豆等作物的野生種類本就是多年生的,只是自然生長的作物沒有穩定產出,跟不上人口的增長,因此漸漸被“馴化”為一年生的栽培品種。
但在滿足人們口糧的同時,栽培品種也帶來水土流失、大量化肥使用以及勞動力的消耗。因此早在幾十年前,國際上許多科學家便提出了發展多年生糧食作物。
2015年,胡鳳益團隊培育成功的多年生稻正式被播種在云南的試驗田中,成為目前唯一能夠商業化應用的多年生糧食作物。“我們是搭上了基因測序和分子標記育種技術發展的快車。”胡鳳益說。
2021年,汪建帶著團隊到了云南,看到胡鳳益的試驗田后,雙方一拍即合,多年生稻落戶深圳,在位于大鵬的深圳華大生命科學研究院農業基因組學國家重點實驗室的試驗田里安了家。
如今,深圳的多年生稻田已經在收割后,重新長出了綠苗。
為什么要開展作物基因測序?
在完成水稻基因組測序后,華大在作物方面繼續發力,貢獻了全世界60%常見作物的基因組數據,包括小麥、玉米、土豆等;完成了超過20萬份全球重要作物種質資源的數字化,包括鷹嘴豆、生菜等。
“例如水稻的雜交育種,傳統的研究方法是通過雜交一代代培育、觀察,選出優良品種,育種過程受到經驗以及外部環境影響較大。”華大研究院農業基因組學國家重點實驗室副主任劉歡說,“而通過基因測序,我們能找到基因與性狀之間的關系,讓研究人員能精準地進行培育,使育種周期由傳統雜交的5年縮短到2年之內,育種成功率也大大提高了。”
目前,已經有越來越多的研究成果被應用到世界各地,不僅促進了全球農業發展,捍衛了作物和糧食安全,也豐富了餐桌。
“比如,生菜被做成沙拉時,相對于圓葉生菜,花葉子吃起來更方便。我們最近找到了控制生菜長成圓葉子還是花葉子的基因,以后就能定向培育出口感更好、葉子更漂亮的生菜了。”劉歡介紹道。(袁斯茹)

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