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中国农业大学 - 《中国农大校报》

揭开水稻“站”起来的奥秘

农学院教授孙传清带领课题组取得水稻研究重要成果
欧阳永志

作者:欧阳永志    
2009-04-10     浏览(490)     (0)

研究水稻进化中的关键突变,论文《控制水稻进化中由匍匐到直立生长的关键转变》在国际遗传学杂志《Nature Genetics》发表。作者成功克隆了控制野生稻匍匐生长习性的基因PROG1,并揭示了水稻如何从匍匐生长进化为直立生长的分子机理。这项研究得到了中国水稻进化研究的重要进展。





  2008年 11月,我校农学院教授孙传清课题组与清华大学谢道昕教授合作完成的研究论文《控制水稻进化中由匍匐到直立生长的关键转变》在世界遗传学顶尖杂志《NatureGenetics》(自然·遗传学)发表。他们成功地克隆了控制野生稻匍匐生长习性的基因PROG1,揭示了水稻如何从匍匐生长进化为到直立生长的分子机理,标志着我国在水稻进化研究上取得了重要进展。
  由野生稻进化到栽培稻,形态性状、生长习性有一系列的突变,其中由匍匐生长到直立生长是最关键的突变之一。为了寻找由匍匐到直立生长关键基因的突变,孙传清教授和他的弟子、论文的第一作者谭禄宾博士以及他们的研究团队一起奋战了8年。
紧跟名师 奠定理念
  1980年,孙传清的导师王象坤教授就与云南农科院程侃声先生开始合作研究亚洲栽培稻的起源演化。为了采集云南稻种,他们带领课题组成员走遍了大半个云南和南方大多数野生稻分布地区。回忆在云南考察的日子,年逾八旬的王老说,山区的气候复杂多变,在山下热得要命,爬到山上则是另外一个季节;出发时还是晴空万里,转过一个弯就遇上倾盆大雨,真是“一山有四季,十里不同天啊!”考察中,不可预测的事情还有很多,譬如,一旦遭遇泥石流,就得绕行几十里,甚至上百里才能到达目的地。由于条件恶劣,课题组的很多人都染上了疾病,王老也患上了严重的萎缩性胃炎。
  经过多年的努力,王象坤他们先后采集到大量珍贵的稻种资源,掌握了稻种类型分布的生态规律,形成了鲜明的生态遗传学的观点,他们提出的栽培稻的祖先种存在原始祖先种和近缘祖先种及其分类、野生稻在低纬度山上与低洼地被人类平行驯化为籼粳亚种的新思路、以及亚洲栽培稻分类的新体系等为中国在稻作起源与演化研究领域的国际地位做出了贡献。
  1992年,孙传清师从王象坤进行水稻进化的研究。从导师的身上他学到了对科研的执著精神,形成了自己“瞄准目标不放弃,坚持一定会有成果”的科研理念和信念。
选定目标 埋头苦干
  1996年4月,孙传清从日本九州大学完成博士论文又回到我校,继续从事水稻进化的研究。根据前人和自己博士研究生期间研究的结果,要揭示水稻进化的分子机理,必须研究栽培稻的祖先种———普通野生稻驯化为栽培稻的几个关键突变发生的机理。典型的普通野生稻表现为匍匐生长,而栽培稻则为直立生长,由匍匐生长转变为直立生长是栽培稻进化过程中非常关键的一步。于是他们选择了揭示由野生稻匍匐生长转变为栽培稻直立生长的分子机理作为研究目标。
  目标确定后,孙传清和课题组成员的“苦日子”也就开始了。从此,他们就天天泡在试验田和实验室中,播种、插秧、观察、分析……
“五一”劳动节,这是很多人享受欢乐的节日,而对孙传清他们来说,却是真正的劳动节,因为这时正是他们播种的日子……
七、八月份进入暑假,很多人都放假休息了,他们却在这个时候开始了水稻杂交工作,构建大量的遗传分析群体……
“十一”国庆节,秋高气爽,他们却埋头在田间进行性状调查、选种、收种……
之后,北方渐冷,不适宜水稻田间试验了,可他们还是不能休息,要赶到海南三亚南繁基地去继续上一季的工作。这项工作一直要做到来年的4月份,然后再回到北京实验站,开始新一年的工作……
在田间,他们一次又一次地用轮回亲本进行回交,构建遗传背景相似的野生稻渗入系。然后通过多代的表性观察,确定携带野生稻目标染色体片断的渗入系,构建分离群体。为了克隆野生稻匍匐生长习性基因,他们从有一万多株的分离去群体中,反复详细地确定了3600株直立的隐性单株。为便于观察和记录,他们给这一万多株稻草一个一个挂牌、编号,然后对一棵一棵的稻草做表型调查。
  “这是一个细致的活儿,要细心再细心,稍不留神就会把编号弄错,或者把样品弄混了,那可不是一般的损失,得重新一棵一棵的反复察看”谭禄宾说。
  那个时候,学校还没有建立上庄试验站,孙传清常常和他的学生们中午就在租用的农田边上,随便找个树荫睡上一会儿,下午再接着去田间进行表型调查。无论是在北京还是在三亚南繁基地,当地农民和兄弟单位的专家都称赞孙老师和他的学生“真能吃苦!”孙传清经常教导他的学生:“一分耕耘,一分收获。要出成果,就得不断地努力。”谭禄宾说:“孙老师率先垂范,以身作则,周六、周日很少休息,工作到深夜,甚至到凌晨是家常便饭……”
敢超敢赶 终见曙光
  2007年底,他们终于完成了野生稻匍匐基因克隆的主要工作,开始撰写论文。到了除夕,辞旧迎新的爆竹此起彼伏,孙传清、谢道昕、谭禄宾他们却仍然沉浸在文章的修改中。家里人等了又等,最终忍不住打来电话:“还想不想回来过年?”。谁人不想与家人团聚共享天伦之乐?但是他们不能回去,因为论文正处于最关键的时刻,他们要分秒必争地早一点拿出成果来。孙传清说,目前从事这方面研究的专家太多了,竞争非常激烈,如果有人在这个时候抢先发表了该成果,那么,他们这么多年的辛苦和努力就算是白费了,因为“在科学研究上,只有第一,没有第二。我们必须要抢!再抢;赶!再赶!抢到了时间,就是抢到了胜利;赶出了成果,就迎来了曙光!”“正是导师的这种精神和毅力感染了我,激励了我,才让我一直坚持了下来”,谭禄宾说。
  宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。2008年6月,他们收到了《Nature Genetics》杂志编辑部的论文接受函,他们的研究成果赢得学界一片赞誉。面对这一切,孙传清平静地说:“这只是一个阶段性的进展,科学研究的路很漫长,并且无止境,我们将继续沿着这个轨迹去探寻神秘的稻种王国”。 (本文图片由潘彩清拍摄)