思睿讲坛第202期:李家洋
作者:   来源:青春飞扬    点击数:次   发布时间:2019/09/03
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主持人:各位老师、各位同学,今天我们非常有幸请到了中国科学院李家洋院士。李家洋院士身负国家重任,曾今是我们这么大农业大国的农业部副部长、科学院副院长、农业科学院院长,是我国和世界上利用分子生物学技术与常规育种相结合、创造出众多品种的科学家。他也获得了很多荣誉,第一是俄罗斯科学院院士、中国科学院院士、第三:世界科学院院士,荣获了2017年未来科学家,还有中国科学院杰出科技成就奖,国家资源科学一等奖,求实科学成就一等奖,第三届未来科学大奖生命科学奖,陈嘉庚科学奖。所以我们以热烈的掌声欢迎李院士做精彩报告。


各位同学老师下午好,感谢蔡老师前面的介绍,实际上他的这些溢美之词非常多,而我也就是普通的一个研究人员,只不过有时候运气比较好,能做自己想做的有意思的工作。再一个我也非常抱歉今天是周末,影响了大家周末的计划和休息。今天我做这个报告主要是关于水稻高产优质的分子基础和设计育种。考虑到我们下午要去地级市看材料,所以当时我们对这个报告的安排时间就比较短,所以我讲的可能会比较简单一些,主要还是讲我们实验室在近20年的水稻研究工作当中一些思路性的工作。做水稻,对我们来说主要是应对一个这样的挑战。我们面临的挑战是什么呢?最大的一个挑战就是食品安全,叫food security,它最主要的含义是指要有足够的粮食生产出来,或者说是食物足够量的供应。在我国来说,最主要的主粱就是水稻。第二个呢,是食物安全,我们叫food safty,我们通常在英文上这两个词分的还是比较清楚的。safty呢,那就主要与食物是否安全有关,比如有没有农药的残留、有没有过敏原,各个方面的。其他的挑战还是比较多的,比如说资源,像水啊、像我们的这个植物氮磷钾呀特别是钾和磷等等。另一个就是所谓的叫stress胁迫的情况下,高温低温啊、病虫啊等等,所以我们面临的这个挑战还是比较多的。


正因为这样,20多年前我们在建立实验室之初的时候就遇到要选一个重要的农作物去做研究工作。因为最早的时候我们都是做拟南芥的,做的是个模式植物。拟南芥实际上我记得96年的时候申请国家的一个项目,在答辩的时候,别人就问“你这拟南芥能不能吃?”,我说不能吃,专家就问了一句“既然不能吃你干嘛做它?”所以我就从这一个问题上我就意识到,在中国要走农业科技的话,关注模式植物是不够的,一定要走到主站线上去,就要做主要的农作物。所以有些时候在以后你们毕业以后可能也要考虑既要做模式植物,能够做一些前沿的科学研究,也得要做一些重要的作物或者其他的一个主要的和粮食食物保障有关的作物才好。为什么会这样说呢,可以看到这个图上,我们国家的人口和耕地实际上我们有世界上18%的总人口,但是我们只有世界上8%的耕地面积,水资源也只是世界人均的1/4,所以这就是比较大的一个挑战。总的来说实际上这就是一个很大的挑战,如何做到这一点?我们回想一下,在上个世纪,第二次世界大战结束之后,随着人口的增加,就造成了比较大的粮食缺口,尤其是在上个世纪六十年代,随着化肥和农业器械的这样一个发展出来,尤其是在化肥的施用上,农作物倒伏现象比较严重,就是它可能长了更多的秸秆,但是它的收获指数还是下降的,而且又有倒伏,这样造成了很大的浪费,甚至于有的时候反倒产量下降。在这个时候呢,有一些科学家就发现了矮杆的小麦和水稻,那就造成了一次绿色革命,当然像蔡元培这样一些人也做了很大的贡献,但是最核心的还依然是半矮秆作物的这样一个发现和培育。在这个阶段当中,中国跟世界同步,甚至超前。由其在水稻上也超前,这是我的一个研究生,看到早期的水稻是很高的,现在的水稻大家可以看到因为这个研究生身高不是很高,一米六多一点,一看水稻也就这么高了,一米一左右吧。从这样一个过程中看,一个单个的基因,改变了株型,最终造成了一次绿色革命。其实水稻和小麦一样,都是赤霉素相关的,一个是赤霉素合成,一个是赤霉素的信号转导。那这就提示我们,就是说如果要研究植物的生长发育等等,那我们可以去创造一个新的材料来研究。那讲到育种,大家可能就更清楚,尤其是我们国家在杂交育种方面,特别是水稻的杂交育种方面一直走在世界前面,因为在杂交育种中,玉米其实在上个世纪30年代,在美国已经是大面积的推广了,但是水稻是袁农平先生和其他一些科学家的努力才建立了我们国家的三系的水稻系统,这里面主要有不育系、保守系、和恢复系。如果把其中的不育系变成条件型的比如说在这个高温下不育、低温下可育,或者在普通的光周期这个时候可以靠不育系变成其他两个系来用,这样的话可能少一个成为两系育种。我想大家在平时学习当中掌握这个的非常好。那正因为这一些贡献,我们国家在绿色革命中也是做了很好的工作,尤其是水稻,在广东那边他们一直在做水稻的矮化育种,当然最杰出的代表人物包括袁隆平先生和李振声先生,这是我们农业方面两个最高科技奖的获得者,一个是做水稻,一个是做小麦的。其实你们可以看看,这里面都有一些规律可循的,一个是杂交稻,小麦是什么呢,是偃麦草的远缘杂交,最后创造出特异的种植资源,然后再培育成小麦这样一个品种,它抗逆、抗病,就是贫瘠土壤当中产量也非常高,所以它延申出几百个品种出来,也是我们国家小麦当中的、能够高产、能够高效利用这方面做出了杰出的成就,所以他们都获得了国家的科技奖。


那讲到这我们就要说,那在农业上要粮食保障的话,实际上我们就需要育种技术要跟上去,那育种技术怎么样才能跟得上去呢?我们可以再看一看这个发展,一个是看学科的发展,一个是看技术的发展。可以看到左下角这边首先我们叫它叫做驯化育种,这个驯化育种呢实际上就是把一些野生的通过我们长期的这样一个选择等等之类的最后变成比较好的品种,这是一个漫长的过程,我们从现在看不能是小麦、水稻、或者是高粱、油菜等等,都经历了这个过程,有的时间短一点,有的时间可能长一些,像水稻可能在8000年到10000年之间。这些过程可以看到是非常缓慢的。后来,在遗传学发现和进展之后,以1900年为代表,因为那个时候三位科学家发现原来我们所谓的孟德尔科学定律它在1865年发表论文的时候已经提出了,所以把1900年作为遗传学最重要的元年重要的发现。大家都知道这是重要的性状,豌豆的这七个性状,最后才发现那是遗传起作用的。遗传里面有遗传因子,那就是现在所说的基因组控制。随着学科的发展,分子生物学的兴起,可能慢慢就发展到分子育种,对基因进行一些操控,做一些标记等等。随着学科进一步的发展,到基因组之后,到功能基因组学的大发展之后,育种就渐渐的走向了设计育种,有10多年将近20年的历史,我们一直在呼吁或者努力做的一件事就是要做品种的分子设计,所以现在这个方向正是在国际上在农业育种当中大家必争的战略高地。尽管我们在水稻上我们做了一些比较探索性的一些工作,也取得了一些成绩,但实际上离品种设计的成熟来说还是有非常长或者说非常大的距离需要去走的。那我们实验室呢刚才也说到,嗯主要是是希望能够去培育一些水稻的新品种,而且是希望通过品种设计的思路去做,所以在实验室的这个支出的时候,把这个幻灯片里面讲了十几年了。基本上我们从三个角度去考虑的,一个是高产,这个高产呢,主要是想找到一次我们前面说的有绿色革命的,那就是我们想找到一个理想的株型这样一个材料,那希望能够产生更好的这样一个产量的基础。 那这对应的科学问题是什么?是法律上模式。包括在这里面主要是分裂的多少,穗子的大小这个高等等之类的。那第二个方面呢那主要是讲它的品质。这个品质主要是代谢过程。那这里面有很多的,比如说像耐储存啊或者是淀粉这个合成当中所影响的,比如说口感品质啦或者更重要的可能有一些营养加强的这次这个新的平的出现。那第三个方面呢也是我们在座的这个方面做得比较困难一些,所以走的比较晚一点点,但是呢也是比较重要的,比如说抗倒伏,比如说除尘,比如说抗病抗虫等等之类的,可能都是在这个里面去走的,尤其是在这个这个抗倒伏啊,比如说抗旱抗病抗虫之类的,可能也是我们现在重点要做的。 那如果我们把这些都能够理解的话,就把他们的背后的分子基础能够阐述清楚的话,那我们就可以做分子设计育种。因为我们知道它哪一些基因,这些基因呢就是你想要的那些重要的等位基因。因为从水稻来说,基本上它有一整套的精神,但是他每一个基因的变化突变以后,我们都叫它一个等位基因或者等位的一个它有一个基因,比如说株高,他可能有一系列的这个这个不同的突变,一个蛋白质里面可能在不同位置都会有,特别那这样就造成很多的等位基因,但是在某一个地区某一个这个环境条件下,它可能只有一个突变是最佳的最好的。 那我们育种家的任务。分子育种家的任务就是把那个基因的那个特殊特定的东西找到,找到了那个现状可能就最好,但这还不是,为什么不能算完呢?因为有很多的那种性状,有比如说株高有分裂,有的大小,有粒子的大小,还有抗病抗虫啊等等吧这些现状之间都互相关联的,也许你找了这个现状,你改善了另一个形状还不好,就是所谓的一因多效,一个基因它可以影响很多的性状,所以你还要知道这个基因之间的关系,那你要知道我们说的就是基因的这个调控网络的关系。 只有在这种基础上,你才有可能去选择材料,选择等位基因,然后最后去进行平均分子设计。这个品种分子设计跟过去的杂交育种的话还是有本质性的区别。因为在过去的话,我们实是不知道哪一个亲本里面含有什么样重要的等位基因,所以两个亲本这个杂交的时候还带有很大的盲目性。而我们现在就是比如说我是做水稻的话,我肯定对我们国内的一百多个重要的这个亲本材料,我全部都有这个这样一个比如说是高通量的比较精细的这个测序,对它里面的这个所谓的基因的这个类型,就是等位基因都了解的比较清楚。 那我就可以根据这个情况,是进行组合所选择。如果没有,也可以通过其他的一些方法去改变它,比如说诱变啊等等之类,得到你想要的那些等位基因,那这样就可以了。所以这大概是我们实验室的这个这十几年将近20年走的这一个整个的概念性的这个思考。那这个分子设计育种路线呢其实也不需要讲得太多了,反正基本上就是说你首先要想知道它改变的现状是什么然后你要找各种各样的材料,然后找这些等位基因或者位点或者克隆,或者研究它的这个相互的关系等等,最后你去利用它,然后去把它杂交,然后是把这些你想要的这个优异的或者优良的等位基因给聚合起来,然后培育出新的品种。 如果你知道这些品种,我们就可以非常快速的去做它,就是培育新的品种。那在我们早期在做的这个工作当中,我们我们是知道的,一要做高产,第二要做优质,就是说我们希望打破过去,在育种家当中,尤其在水当中就说了一句话叫做高产不优质,优质不高产。可能大家还有印象,大概在十多年之前,我们的杂交稻的品质是不敢恭维的,因为产量很高,它的品质确实不好。但是现在你们在消费的这些水稻,不论是杂交稻还是什么,其实品质非常好。 原因就是说在过去研究当中,我们把这些关系都搞清楚,就是基因的这个背景他的这个调控网络搞得比较清楚,我下面会说到那产量的三要素,我们通常说穗数,那就是有效分数,实际上就是跟这个它的分裂调控的机制有关的。另一个就是每穗的粒数就是穗子有多大,你是每是一百多呢还是200多的,还是300多的还是400多。另一个就是粒重,那实际上三者的乘积,就是一个产量的决定。品质也有,我们在这块举的例子呢主要指蒸煮食用品质。 蒸煮食用品质主要取决于三个要素,一个是直链淀粉含量。另一个叫加度,另一个是糊化温度。这个直链淀粉含量呢在我们做这个工作之前,大家都把质量分离含量这个直链淀粉的含量是并列的,所以当时是四个,后来我们做了之后,发现只要有一个直链淀粉含量比出来其实就够了。它是决定我们这个大米好吃不好吃。那我们先看一看决定水稻株型的这个主要要素是什么?刚才已经说的有高有分裂有分裂的角度,然后tansin就是这个的大小。


那要做这工作呢大家可能都非常清楚。你想做这一个什么工作不是关键,因为谁都想要做最重要的性状,而我们在大学里面,在研究所里面,谁都知道什么状最重要,比如说我们讲那个产量三要素或者品质的蒸煮食用品质的三要素,大家都很清楚。但是问题就来了,你怎么去破解它?就像一个巨大的一个黑的这个黑子盒子一样,就是属于black box。你怎么把它给破解出来,怎么切入进去?在早期的时候,大家都是想用生化的生理的方法去做的。 事实证明这种方法尽管能做一次工作,但是很难把本质的东西找出来,比如说把基因给找出来,我们知道基因加上环境因素才等于是表型,就是我们说的性状。那基因是关键环境因素就是我们比如说这个水压水压日照啊等等之类的,这样结合起来才行,所以就需要基因,要想找基因金一定得有手段,这个手段就是什么?要找到突变体。这个突变体我们可以用各种各样方式去找他,可是过去说的化学的物理的生物学的都可以试试,诱变产生各种各样的突变体。 那这个突变体之后找到了,因为方法不一样,它能不能被基因被克隆出来,他的难易程度有天壤之别。如果你是用生物学的方法,比如用tt I插入,或者是现在就目前来说,你是克隆基因,可以非常快的就克隆出来。如果你用ems化学的方法,或者用一个比如说中子啊或者是其他的这个物理的因素,去诱变一个能得到多很多的突变体,比如说有人说我航天,我把他带到太空,实际上那是高能量的,没有特别多的那个我一直觉得那种不是一个最有效的方法,因为代价太大。 实际上在地面上个中子或者是其他高能量的东西,完全可以做到它的这个效果出来。但不论怎么说,我们采取各种各样的方法,找到各种各样中心相关的特征,比如说这是我们最早的,这大概是在2003年发表的这个Nature上发表的文章,那原因我为什么把这个基因能拿到?就是因为为这突变体做传统的这个遗传学分析,就发现他有3:1的比例,单个基因,所以就能够把基因克隆出来现在可以这么去说。 过去呢我们还有受限制很多的因素,你很难去把一个基因给克隆,比如说你在梗稻上有这个突变体,你要想把这个基因给做出来的话,你一定要想办法跟先到被接是克隆,梗稻籼稻背景差异比较大,然后你再看到那个基因组上面有差异,这个差异才给你组成分子标记,才能做成Mark,然后你从一步一步往里面去走,把那个基因给克隆出来。但是现在的方法很简单,哪怕你是都是梗稻或者都是这个稻去杂交,然后有一个群体分离群体对这个分离群体也是进行测序,然后就基本上很短的时间高效的就把基因克隆出来了。 关键是你得有这个你想要的材料,那我们要做分裂的话,它就要看它这个科学问题是什么。所以这个科学问题就很简单,那就是说我们一定要看这个分裂当中,它一定要有一个及时的,我们知道分组织,在这个当中要产生新的分组织,然后这个分组织,慢慢就增值,然后分化,然后就形成了一个。这个是关键的第一步,有了以后他可以再伸叉,就变成一个分裂出来。大家可以看出来,所以这里面有有两个关键的,所以我在这块就是讲,因为这后面要讲的可能太多,主要就讲一下这个分支的话,其实上有很多因素是调控它,比如说我们的这个。


主要就讲一下,这个分支的话,其实有很多因素去调控它,比如说生长素,细胞分裂素,尤其是这个细胞分裂素,影响分支的多少,还有其他的这些的激素,“油酸式绿酯”等等,我们最近也证明了青霉素也有影响,但在这个研究中,应该说对这样一类激素——独脚金内酯,我们这个有点运气,所以说做科学研究也有点运气,就是在当初,大家在做拟南芥这个分支的多少,在这个合成突变时候,我们当初在研究吸收多少个突变体,矮籼多分裂突变体的研究的时候,第一个做的叫D27D27现在回过头来看,是独脚金内酯当中对胡萝卜素往下走的分支最关键的一个基因,所以当初我们把这个基因克隆出来,当初王艳红研究员当时还在我的实验室工作的时候,由他去领先把这个基因克隆出来,这个文章发表在P cell上面,当然后面呢,我们一直工作,最后跟一些国际的科学家一起,也做了受体的相关工作,但是在独脚金内酯的合成的途径,这方面我们做的比较多,因为已经有很多的工作再来,但最关键它的信号转导不太清楚,信号转导我们也做了重要的进展,一个呢,就是它的受体,我们在水稻中叫D14,但是收集之后的下一步应该有什么最重要的基因去调控它,按照模型来说,应该有一个最重要的抑制基因或者叫做present,那这个present应该怎么给找出来,这是一个很大的挑战,这个是将它怎么合成的,就不讲它,这个文章发出来也比较早,讲这个工作,这个第二个呢,这个是在全国向育种家收集矮籼多分裂这个材料,同时我们自己也诱变了很多,收集了很多,上百个这样的突变体,我们做完后,就发现通过,比如说杂交,通过测S含量,我们发现有两个突变体,我们命名为E9E10,遗憾的是这两个我们一杂交发现是同一个基因,互补的,再做杂交,发现日本很早之前发现的突变体D53是同一个基因,是RAV,等位基因,最后我们就将它给克隆出来,而且很幸运的是,有时候科研上也是这样的,当时在作科所也是南京农大的万健民院士,也在做同样一个基因,然后在一次的一交流,我们就说好吧,我们就back to back做文章,因为当时国际竞争比较强,据说当时他们可能把这个基因给克隆出来,或者说接近于克隆出来,我们两个就决定,好吧,我们一起写一篇Nature letter,能不能可以快一点,这方面的研究做得比较深入和比较,两个实验室一般人做,所以评审的等等没有受到阻挠,尽管评的专家挺多的,挺严的,但是基本都比较认可,我们就接受,这是编辑部就说希望我们能把短文形式变成长文的形式发表,我们就很高兴,因为本来我就想写成长文,担心时间会影响,那我说:好吧,本来所有的资料都在那,再把图片捞回来,四五个图就是了,他们也很高兴地接受了,我们两篇文章Back to back变成了一个长文在nature上发表了,有时候运气比较重要,但是呢,尽管运气好,其实我心里有点不高兴,为什么不高兴呢,这个机理好,但是难以应用,做不了品种,这种作为高产的品种很难,因为他是矮籼多分裂,他分裂多了,它的穗子小了,这个穗子特别小,这个产量就太低了,说白了就是这样,但是我们很幸运的时候有另外一项工作,理想株型,这项工作发表的比那个还早,但是基因克隆都差不多,结果是提前几年做的,这个工作我们在0302年就在做这个基因,在克隆他,但直到10年才发表,我们将尽用了78年的时间去克隆他,才把这个基因给拿到,那为什么我们要命名为理想株型呢,当时研究国际水稻的人一个理论计算和推理,想得到一个特别好的株型结构的话,一定会产生非常好的产量,所以就这样叫这个新株型,这个新株型跟其他的不太一样,比原来的SDYA杠的更好,因为SDYA杠也有问题,这个太矮了,又矮又小,所以这个影响它的生物学产量,也影响它的最后籽粒的产量,所以我们想有没有一个更好的基因出来,那最后我们找到了这个突变材料,说实话第一眼看,真的其貌不扬,这个是最早的,SNG,被北京的人,这个是叫jing稻不是读geng稻,我说好吧,我认为读稻更合适,我说想办法把它还是读成geng稻吧,因为北方人搞不清数,他们有有力的证据——新华词典,新华词典里只有一个读音就是粳(jing)稻,据说词典已经答应了下次把稻这个音也加进去,就是说恢复它本该这样一个的叫法吧,就是说他分裂素比较少,最关键的是没有无相分裂,他穗子大,粒子多,粒重大,茎粗壮,不易倒伏,根系发达,所以说聚集了这些指标,找到组培这些指标都好,我们好高兴,之前说我们花了很多年克隆这个基因出来,这个基因说又运气也不运气,不运气,当初我们投《CELL》,CELL说这个基因已经被克隆了,实际上这个是我们一个朋友德国科学家,做得非常好,最后那个CELL不是那个SCIENCE上,他说这个不行,你的novel还差一点,所以我们投到了NATURE S,当时很快就发表了,这个基因里面有一个重要的调控原件,就是MARK i 156529的这几个切割问点,这个跟基因研究十分的关联,比如说2A的调控,蛋白质的合成,都是受这个调控的影响,因为这个突变影响MARK i 156529的切割问点的活性,所以说这个突变里面它是多的,他是一个功能性获得性突变体,这个我们很高兴,这个是功能性基因,说明用处很方便,他是获得性性状,拿去杂交,它的表性就很好,后来我们发现这个基因是单基因杂交优势典型的基因,拿他与其他亲本杂交,F1代产量最好,成多了,反而不好,油料所做的工作,但这个基因,当时这个基因我们做完后,感觉特别好,命名为IPA1,后来质检所的做另外一个基因,他们想让茎秆粗壮,抗倒伏,命名为YYPY,你看这个确实很明显,那这样的话,它的穗子也大,什么都符合,做到差不多,他就说这可能就是你的IPA1,我们合作吧,我说好啊,我们一直也想找这个突变,当时有日本人也做IPA1,当时也跟我们关系比较好,也发现启动子这个区域有个突变,造成甲基化的情况,那也是一个故事,也挺是一种运气。那就是说,这个这个我们这个1D的基因啊,我们当时把它克隆出来,是吧,日本名古屋大学的一个教授,当时也看中这个基因,他叫农民富裕化,这个基因,就是说那个基因它能够让农民富起来,因为它产量高,特别好。然后嘞,他做了一段时间,他一个朋友是钱前,钱前搞了很多个这个,他正好就跟钱前说,他们在做这个基因,他说这是什么物质,钱前说,哎呀,这不是我们做的吗 ?他一看,他赶快就从东京飞到我们油产所来了,他说,我们一定要跟你们在一块沟通交流,就是看看能不能合作。那我也看他们工作做的差不多,那我说,我看这样吧,这个情况也跟你们做的更细致一点。我说,我们也可以back to back,做合作,这样的话就是也比较好。最后,他就跟我们back to back,最后也是放在nature上来讲,比较顺利就发表了。因为他把这样的一个问题,就是按那个在promote的区域,也是跟我们一样放上去,但是不知道机制。为什么?都不知道,他们认为加这一段呢,我们后来和这个和合作化合作就发现,突变体蛋白含有一小段重复序列,这3400kb,一重复以后再表达的话,就导致了是一个显性的这样一个高产的。然后我们再做一个机制,就发现了以后,它实际上跟甲基化是影响的,就比如说它在这,就影响后面基因的表达,在机制上也出来了,就是最后呢,在17年就在nature complication上发表了。


可以总给出这样一个规律出来,就是IPA1这个基因,它的表达的多和少实际上是决定产量的多和少,但最后鉴定它整个群体的表达,那这里面呢,我们1D或者2D你可以看到有一个穗的大小的,特别是产量也有一个,那这样的话,如果就综合起来说IPA12D,在这种情况下产量最高。如果讲杂合的情况下,那这里面可以造成一个非常好的一个高产的性状出来,那这就一开始说的IPA1这个杂交稻的一个显著的单基因的杂交优势基因,时间的问题,另一个,我们再说一说,那IPA1分裂少,为什么分裂少,它的机制是什么?我们知道,这个,在这个,独脚金内酯是影响分裂多少的,所以IPA1和独脚金内酯是相关的,但是怎么去做它。我们最后也设计了一些实验 ,这个IPA1和独脚金内酯啊,是相关的,是在那个途径当中,最后呢,我们就把这个基因呢,也克隆出来了。当然,也遇到一些不运气的时候,这个工作我们做了好多年以后,别人在一个小麦上,一个相关的工作,因为遗传所走到另外一个单位去了,别人在在小麦上发了一个相关的工作,是遗传所组的另外一个单位去了,他在表观上做了一次工作以外,他最重要的就是说把IPA1给关联起来了,它是它的下一朝向的基因,影响了我们这一工作。之后很郁闷的时候,也把它放在一边了,但不管怎么说吧,关键是把独脚金内酯关联起来了,就给了最后一个这样的模式。这个模式我就不想再讲了,因为占的时间可能太多,从我们这个实验室这个十多年这个工作来看,分裂芽的形成,我刚刚和你说了,分裂芽的形成,这个分裂芽的,那就是独脚金内酯合成这个途径,然后呢,通过D53IPA1再影响只是基因 。但只是基因也是我们一个博士生做的一个工作,这个工作呢,后来还跟抗病有关,最后发表在science上,我现在在讲这个品质的相关的,这个品质呢,之所以很重要,就是淀粉是,我们大致上猜测是最重要的。这工作呢,很有意思,就是在零几年的时候,大概在零几年的时候 ,当时对这个水稻的品质不太清楚,很多实验室在做,三个四个这个重要的性状,支链淀粉的含量,含多少温度谁是主要基因都不是很清楚,后来我就找到一个学生刚过来,我就说,你能不能做一个挑战性的工作,他说做什么啊,我说我们有个想法,你们能不能找一批的这个材料,然后把每一个材料当中的淀粉合成素基因把它去测序,去分析,今天大家觉得这个所谓的,这是很显然的事,在那个时候啊,大家还没有人在做。这个想法在提出来 ,或者是刚刚在,因为我当时就想到这一点,我说应该是能做的,他说查那个文献的就说可以,就是说在人类的档案中,已经有类似的论文出来了,已经不错了,说在中医上也找到一个例子,跟开花有关的。那就说他们那都能做,我们也肯定能做啦,那我们就做吧。我们也找到一个杜明洪,扬州大学的,他对这个品种比较了解,选了70个品种,把当时的18个淀粉合成的基因都找回来,然后就进行测序,然后就是进行关联分析,然后就是这个表,这是发表在09年的PNS。现在看起来很简单,因为我们可以把它再upgrate一下,再升阶一下,最主要的可以看到vex基因,就是支链淀粉含量,也是胶稠度的有效基因,把孵化温度gt的这个基因,就是ss2-3孵化稳定的基因,但是这两个main的基因,其他的是次要的基因,所以整个地把这个拿出来。当时我们把这个搞清楚以后,育种家的这个重要基因,基本上,水稻品质的问题就解决了,我们把它开发成一种标记,把它发出去,让大家都知道,知道10微的,你就选那几个基因,你想做什么就做什么,那现在以理阮栎,支链淀粉含量都可以是进行操作。因此实际应用,那现在我们再配一点,现在时间不多了,我们有百分之十的人口,一亿多的人口,那抗性淀粉是什么,他的血糖啊,抗性淀粉比较慢,铁元素比较好。所以我们,克隆出来呢,当时是我一个博士后在做,最后把一个最重要的抗性基因,这一个合成途径、调控方式搞清楚了 ,那现在有了这次知识。


我们最重要的就是说,就是说,你至少可以是一种高产的小麦,这是已知的,那怎么样去变成一个高产优质的新品种,我们考虑的就是基数都清楚了,我们就跟着几个不同的区域,这个光照啊,这个各种各样的环境条件,在五大稻区,主要是产量、品质、抗病、抗虫,这个重要的基因,在长江中下游地区,我们就把这一次就把那个理想基因放进去,这个中科的第二品种育出来,中下游这个中科二号三号,多个品种啊,都和这个相关的,都是,我们在江苏那个地方做实验的时候,亩产我们在外面少说一点 ,现在实际上是高了百分之三十左右,甚至更多一点点,当地的品种从来都只有五百多公斤,五百五十多公斤左右,我们那个可以到八百多公斤,而且就是农民自己种的,大概一万多亩,在湖北,我们有一些加到中科六号,面积不大,就那么几亩地,大概种出来的产量是九百多亩地,也是非常好,但是呢,由于湖北本地的,我的想法是让他们更多的点去示范,在湖北去评一个品种,这是在东北稻区,东北稻区有几大,我们刚刚说的非常重要的,我们现在有中科804号,这一个品种呢,实际上是当时的关键问题,一,就是东北的水稻啊,基本上都是不抗倒伏的,我们希望有一个特别好的能抗倒的,再有一个呢就是希望是长粒的,东北好多粳稻都是,东北人就告诉我们,他们市场需要长粒粳稻,这个性状都改变了,又高产,又优质,外观又好。尤其在去年,东北,比如说这个稻花香那边那个水稻,都倒伏了,我们的是一点都没有倒的,这是产量非常好,纯米粒也高,高了百分之八个点,这次对于种植这个事就非常好了,现在又中农花五号,比那个还好,因为人家达到外表优质二级米,不管怎么说吧,我觉得从未来这个角度来说,我们的目标是希望高产、优质、高效,要定制话,然后是安全,这个是我解释一下,高产优质不用说了,就是说它这个对于氮磷钾的利用,对水分,就是效率,对水的高效利用,就是water use,这叫智能,就像我们IPA1那样,举个例子,因为今天没有时间讲,IPA1是高产的,但是呢,在高产和抗病中呢,它有个paid off,说白了就是说,你要高产就不能够抗病,你要抗病就不能够高产,因为它的能量体系用的是一个东西,那我们IPA1就实现了这个。当看稻原病的时候,他把抗稻原病的这个给打开,这个抗稻原病的信号通道就打开了,它应该涉及到OP4我们这个基因,那这个稻原病就感染不了,三两天,这个稻原病没有亲染能力的时候,它这个抗病的基因就关闭了,它就把那边生长发育的基因就打开了,它是automatic,自己做的。这种类型是未来育种中非常重要的一种形式,或者是一个智能性的,这个很简单,比如说这个糖尿病的稻田,比如说小孩发育的锌啊,或者是铁啊,还是其他的一些必要的营养元素,能够满足不同的人群,不同的情况,这就是定制化,大概是这样啊。最后呢,要感谢实验室的成员,我讲的这个工作时间比较长,有的是在实验室的,有的已经毕业出去了,各个实验室的合作者,他们的工作虽然我们在这里没有讲到,但是也是要感谢的,和支持,谢谢大家。  


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