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他讓雜交稻優(yōu)質(zhì)基因代代傳(圖)

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  今年年初,我國(guó)科研人員成功克隆出雜交稻種子一事引多家媒體關(guān)注。這項(xiàng)成果背后的“功臣”則是——中國(guó)水稻研究所水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王克劍團(tuán)隊(duì)。

  “我們只是證明了無(wú)融合生殖方式的可行性,以后還需要更多學(xué)者共同參與,這條路才能越走越寬。”談及這項(xiàng)科研突破,中國(guó)水稻研究所研究員王克劍反復(fù)強(qiáng)調(diào)這一點(diǎn)。

  一次實(shí)習(xí)經(jīng)歷改變?nèi)松壽E

  王克劍出生并成長(zhǎng)于江蘇農(nóng)村,稻田是他兒時(shí)最深刻的記憶之一。后走出農(nóng)村求學(xué),他沒(méi)想過(guò)有一天還會(huì)回到這片稻田。“歷經(jīng)幾番機(jī)緣巧合,我才把稻田當(dāng)成了實(shí)驗(yàn)室。”他說(shuō)。

  2000年,王克劍考入揚(yáng)州大學(xué),讀農(nóng)學(xué)專(zhuān)業(yè)。那時(shí),學(xué)校開(kāi)設(shè)了很多專(zhuān)業(yè)課,令他不知“該把拳頭打向哪兒”,這樣的狀態(tài)持續(xù)了近三年。

  那時(shí)的他,像很多年輕人一樣,面對(duì)未來(lái)感到迷茫、不知所措。

  “轉(zhuǎn)折來(lái)自一次實(shí)習(xí)經(jīng)歷。”王克劍說(shuō),本科實(shí)習(xí)期間,由于自己導(dǎo)師從事遺傳學(xué)研究工作,在他的影響下,王克劍對(duì)遺傳學(xué)領(lǐng)域的了解逐步加深。被其中的妙趣所吸引后,他決心繼續(xù)深造,從事相關(guān)科研工作。

  于是,王克劍開(kāi)始找下一步深造的目標(biāo)高校。“我在上網(wǎng)進(jìn)行檢索時(shí),檢索結(jié)果中出現(xiàn)的第一個(gè)科研單位便是中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)遺傳發(fā)育所)。”他說(shuō)。

  “首次聯(lián)系遺傳發(fā)育所時(shí),對(duì)方只是鼓勵(lì)我認(rèn)真?zhèn)淇?;第二次?lián)系時(shí),對(duì)方補(bǔ)充說(shuō),今年競(jìng)爭(zhēng)激烈,考試難度恐怕不小。”王克劍笑稱(chēng),自己在不知情的狀況下,已自學(xué)了很多課程,所以被對(duì)方的話(huà)嚇住。

  而后,王克劍如愿考入遺傳發(fā)育所,2009年博士畢業(yè)后,他留所工作。

  2012年,其所在的課題組在水稻中鑒定出了HEI10基因,并確認(rèn)HEI10是從水稻中分離的第一個(gè)可被用于指示重組位置的標(biāo)記蛋白。這一研究結(jié)論為水稻重組機(jī)制的深入研究提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

  彼時(shí)的王克劍,已是遺傳發(fā)育所最年輕的副研究員。其導(dǎo)師程祝寬研究員認(rèn)為,時(shí)年不到30歲的王克劍應(yīng)勇于走出舒適區(qū),去接受更多的挑戰(zhàn)。

  于是,2013年8月,王克劍決定南下,來(lái)到位于浙江省杭州市的中國(guó)水稻研究所。

  探索無(wú)融合生殖育種方式

  入職后,王克劍在中國(guó)水稻研究所任課題組組長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)大概一年的探索,他逐步確定了團(tuán)隊(duì)的研究方向,即主要圍繞基因組編輯和遺傳重組方向開(kāi)展研究。

  2015年,王克劍任中國(guó)農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程“水稻染色體工程及基因組編輯”團(tuán)隊(duì)的首席科學(xué)家。

  “這里和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一線(xiàn)聯(lián)系很緊密,只要走下田間和工作人員聊聊,就能找到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求點(diǎn)。”王克劍表示,尤其是雜交作物的育種問(wèn)題,這是當(dāng)?shù)毓ぷ魅藛T向他反映最多的。

  王克劍說(shuō),通過(guò)雜交育種可獲得農(nóng)業(yè)性狀良好的植株,然而雜交品種的后代會(huì)出現(xiàn)性狀分離問(wèn)題,導(dǎo)致其后代良莠不齊。所以科研人員必須年年為雜交作物制種,農(nóng)民也必須每年重新購(gòu)買(mǎi)新的雜交種子。

  “水稻是自花授粉的作物,其制種過(guò)程十分繁瑣。”王克劍解釋道。

  有沒(méi)有可能通過(guò)克隆種子的方法維持雜交水稻的優(yōu)良性狀?王克劍想到的辦法是,以基因編輯技術(shù)排除生殖基因?qū)S持優(yōu)良性狀的干擾,通過(guò)無(wú)融合生殖方式克隆出種子,讓雜交稻優(yōu)質(zhì)基因代代傳。“要把更優(yōu)質(zhì)的種子送到農(nóng)民手中。”王克劍說(shuō)。

  2016年,王克劍帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成功利用CRISPR-Cpf1系統(tǒng)進(jìn)行水稻基因組編輯,為植物基因組編輯提供了新的編輯工具;2017年,他又與合作者探索出了更為高效的水稻CRISPR/Cas9基因組編輯系統(tǒng)。

  2018年,王克劍團(tuán)隊(duì)利用基因編輯技術(shù),敲除了4個(gè)與水稻生殖相關(guān)的基因,使雜交稻繞過(guò)減數(shù)分裂和受精過(guò)程,成功克隆出雜交稻種子,使雜交稻性狀得以穩(wěn)定地遺傳給下一代。

  “農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的科技角逐很激烈。”王克劍表示,僅水稻領(lǐng)域而言,國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平和國(guó)外雖然已相差無(wú)幾,但唯有全力以赴,才不至于被拉開(kāi)差距。

  未來(lái),王克劍希望能利用手中的技術(shù),提升我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力,保障我國(guó)的糧食安全,也讓更多農(nóng)民受益。

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