潜心基础研究突破长期瓶颈
文章作者:张铁成   |发布时间:2017-08-27
 
  日前,国际植物学领域顶级学术期刊《植物细胞》发表了山东农业大学校长张宪省教授带领的研究团队 “激素调控植物干细胞活动分子机理”的研究成果,标志着我国在该领域达到了国际领先水平。
  而在今年4月28日,国际著名学术期刊《自然通讯》发表了小麦研究领域的一项重要成果:山东农业大学付道林教授领衔的科研团队在太谷核不育小麦研究方面取得重大突破,成功克隆了太谷核小麦雄性不育基因,并对其机理进行了探讨。
  山东农业大学位于泰山脚下的泰安市,属于典型的在小城市里办大学,却能够在短期内连续取得重大科技突破,奥秘何在?这些科技突破能够发挥哪些重大作用?带着这些问题,记者到山东农大进行了深入采访。


突破60年瓶颈,揭示激素调控植物干细胞机理


    “植物生长依赖于干细胞,而干细胞又靠激素来进行控制。我们这项研究成果的意义,就在于破解了激素调控干细胞的‘密码’,能够实现通过激素调控干细胞的产生。”张宪省教授介绍说。

  据了解,早在1957年,科学家就发现外源细胞分裂素和生长素能够诱导干细胞再生,但60年来科学家都不清楚其作用机理,因此大多数农作物、林木和花卉难以建立离体再生系统,也无法进行离体繁殖和基因工程操作。
  张宪省团队对该项技术的研究已进行了20多年。他们不断采用细胞生物学、遗传学、生物化学等各个方面的研究手段,证明了B类细胞分裂素响应调节因子ARRs对干细胞决定基因WUSCHEL有直接调控作用,且该调控作用不仅可以发生在离体培养的组织中,在正常生长的植物体内也具有该功能。
  据介绍,这一发现为在更大范围进行植物离体快繁、开展生物育种、推动工厂化生产等提供了有力的理论支撑。离体快繁方面,以牡丹为例,现在还是以分枝繁殖为主,规模小、成活率低,且难以进行杂交等其他方面的育种。该技术突破后可以掌握它的生长机理,在源头上用组织培养等手段进行驯化,大大加快实现离体快繁的进程。生物育种方面,可助推基因工程的发展,大幅提高生物育种的准确性,缩短育种周期,提高育种质量。
  “有了这一理论成果做基础,在未来的一到两年内,就会有大量的应用成果出现,特别是能够广泛应用在目前处于瓶颈期的林木、果树、花卉等经济作物领域。”张宪省说。


跨越45年障碍,克隆“国宝级”雄性小麦不育基因


    小麦属于自花授粉作物,由于遗传基因贫乏,后代产量难以提高。要攻克这一难题,必须在全国寻觅一株天然不育小麦。1972年,山西太谷县农民技术员高忠丽在小麦大田中发现了一株雄性不育株,并保存下来。

  该不育株是在小麦中首次发现的天然突变体,被命名为“太谷核不育小麦”。依靠这株小麦,截至2009年,全国建立矮败小麦轮选群体210个,育成品种42个,推广面积1.85亿亩,增产粮食56亿公斤。因此,太谷核不育基因Ms2属于 “国宝级”基因,为确保对该基因的自主知识产权,国家倾注了大量人力物力来克隆该基因。
  2000年,山东农大孙兰珍团队在国家自然科学基金资助下,开展Ms2基因的遗传标记研究。2008年,付道林受邀从美国来到山东农大工作,成为“泰山学者”特聘教授。在得知孙兰珍长期从事太谷核不育小麦基因的利用研究后,付道林主动参与,于2010年开始利用图位克隆技术进行Ms2基因的克隆研究。
  “小麦上图位克隆成败的关键,取决于是否能够建立目标基因所在区域的物理图谱。”付道林说。为此,团队构建了“矮败鲁麦15”的基因组人工染色体文库,利用Ms2区域的特异标记,筛选并获得了8个阳性克隆,成功建立了Ms2区域的物理图谱,分离到太谷核不育Ms2基因,并通过反向遗传学验证了该基因的功能。2015年6月,山东农大向国家知识产权局提交了该基因的发明专利申请。
  “Ms2基因的获得,对于植物分子育种,尤其是重要粮食作物的杂交制种意义重大。”付道林说,“希望能组织科研力量进一步拓展该基因的应用空间,发挥自主知识产权基因的长远应用价值。”


肩负使命担当,学校支持与团队坚守相得益彰


    付道林告诉记者,在克隆Ms2基因的科研攻关中,研究生是工作的主力。为了完成研究,博士生倪飞一再延期毕业,在这个项目上整整做了6年。

  山东农大林学院副教授桑亚林参与张宪省团队研究已有7个年头,长期难以出成果,不知前路在何方,考验着团队的每一位成员。“可以说,我们没少受到同行的冷眼与嘲笑。但也正是通过了寂寞和忍耐的考验,才等来了最后的成功。”桑亚林说。
  说到这里,张宪省神情严肃,他告诉记者:“做基础研究就要做到在寂寞中坚持,在忍耐中守望。要有明确的方向,要围绕国家的重大需求立项攻关,不赶时髦、不做‘快餐’,只希望研究成果对国家经济发展和科技进步发挥作用。”
  采访发现,山东农大科研团队的这种精神,不是个例,而是一种氛围。这种氛围的营造,得益于学校多年来的培育和支持。学校把“学术至上”作为办学理念,建立完善了重大科研项目和高水平科研成果培育机制,不搞急功近利,不看单一指标,倡树“十年磨一剑”的科研品质。为鼓励潜心从事农业科研,山东农大明确了以“五个优先”为代表的系统性支持举措,整合人才、经费、项目等资源,实现人财物全面支撑。优先引进和配备农业科研人才团队,支持农业专家招收博士研究生等人才资源;从事农业科研的专家优先推荐申报泰山学者、国家百千万人才工程等高层次人才计划;农业科研项目优先申报国家和省农业科技计划、奖励和重点项目;农业科研项目优先使用重点实验室、公共平台及建设试验示范基地;优先解决从事农业科研专家亟需实验设备的招标采购等。
  “山东农大已走过了111年的风雨历程,拥有国家级重点学科两个,国家级创新平台5个,国家部委依托建设的创新平台12个;这里走出了8位两院院士,获得过包括国家技术发明一等奖、国家教学成果特等奖在内几十项国家级奖项,这些成就在省属院校里是不多见的。”山东农大党委书记徐剑波说。
  采访结束之际,山东农大又在科研领域获得新突破。张彦团队成功揭示了助细胞液泡酸化调控植物育性的分子机理,为深入理解植物有性生殖过程提供了重要理论基础。在稻瘟病防治领域,国际学术期刊《先进功能材料》发表了刘峰团队的研究成果,该技术已经获得国家发明专利授权,已有企业与团队洽谈成果转化,意味着稻瘟病即将有更安全有效的防治药剂。
  本文刊发于《农民日报 》(2017年7月19日)