破解小麥赤霉病的基因密碼

【奮斗者正青春】

芒種過后，正是麥?zhǔn)諘r(shí)節(jié)。山東泰安，翻滾的麥浪訴說著豐收的喜悅。

早上7點(diǎn)剛過，金燦燦的麥田裡，已有一群年輕人在辛勤地勞作。收割，捆扎，分類，標(biāo)記，一套動(dòng)作流暢嫻熟。

臉被烈日曬得黝黑，手被麥芒扎得粗糙。這些“干農(nóng)活”的年輕人，來歷可不一般。作為山東農(nóng)業(yè)大學(xué)作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室小麥種質(zhì)創(chuàng)新與利用團(tuán)隊(duì)成員，他們年紀(jì)輕輕卻已走在農(nóng)業(yè)科技的世界前沿，成功破解小麥“癌癥”的基因密碼，成果入選兩院院士評選的“2020年中國十大科技進(jìn)展”。

小麥?zhǔn)俏覈诙蠹Z食作物，是北方人的主要口糧。“農(nóng)民種植小麥，最怕小麥生病，尤其是赤霉病。”山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院院長、作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任孔令讓介紹，“這個(gè)病俗稱小麥‘癌癥’，可導(dǎo)致大幅減產(chǎn)，產(chǎn)生的霉菌毒素嚴(yán)重危害人畜健康甚至致癌。如何培育抗病品種，從源頭上克服小麥赤霉病，是農(nóng)業(yè)科技領(lǐng)域的世界性難題。”

端牢“中國飯碗”，重在農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新。2008年，剛從海外留學(xué)回國的孔令讓馬不停蹄，在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)組建了一支青年科研團(tuán)隊(duì)，率先踏上尋找優(yōu)異基因?qū)剐←湷嗝共〉牡缆贰?/p>

“小麥基因組龐大，有12萬個(gè)基因，從中找到一個(gè)抗赤霉病基因，有些像大海撈針。”團(tuán)隊(duì)成員、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院教授王宏偉坦言，向科學(xué)未知挑戰(zhàn)，一次次的失敗甚至絕望是工作的常態(tài)。

“作物研究，必須坐得住冷板凳。”團(tuán)隊(duì)成員、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院博士生呂忠璠說，“小麥在大田裡的生長周期一般是230多天，在溫室內(nèi)種一茬也需要3個(gè)多月。如果一個(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)，就要再等一個(gè)生長周期。”

寒來暑往，年復(fù)一年，數(shù)不清經(jīng)歷了多少次嘗試和挫折，團(tuán)隊(duì)在篩選研究中發(fā)現(xiàn)，小麥的近緣植物長穗偃麥草的7E染色體長臂末端，含有赤霉病抗原。“然而，染色體末端有上千個(gè)基因，究竟哪一個(gè)是我們的目標(biāo)？還有大量工作要做。”團(tuán)隊(duì)成員、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院副教授孫思龍說。

接下來的3年裡，團(tuán)隊(duì)對2.5萬株小麥進(jìn)行了分析。光是基因擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)，就至少做了30萬次，大家平均每天泡在實(shí)驗(yàn)室14個(gè)小時(shí)以上。好在天道酬勤，他們終於把抗病基因的定位范圍，縮小到了兩個(gè)基因。

曙光在前，卻又遭遇至暗時(shí)刻。2019年春天的一個(gè)夜晚，王宏偉和孫思龍經(jīng)過一番討論，推翻了前面的結(jié)論。當(dāng)時(shí)，兩個(gè)人都很絕望，王宏偉更是焦慮得一夜未眠。第二天一早，兩個(gè)心有不甘的年輕人聚到實(shí)驗(yàn)室，又從頭梳理和論証實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。最終，他們一致判定，前面的結(jié)論並沒有錯(cuò)，並推斷出其中一個(gè)基因就是大家尋找多年的答案。

接下來，就差把推斷結(jié)果用實(shí)驗(yàn)論証出來了。“看似隻有一步之遙，其實(shí)卻是咫尺天涯。”王宏偉說，“團(tuán)隊(duì)得反復(fù)在大田裡構(gòu)建群體、取材完成基因克隆，再到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行抗病分子機(jī)制解析。這又是一個(gè)漫長的過程。”

“又經(jīng)過一年多的集智攻關(guān)，團(tuán)隊(duì)才最終確認(rèn)找到了小麥‘癌癥’克星——抗赤霉病主效基因Fhb7。”孫思龍介紹，2020年5月，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》以封面文章發(fā)表了這一原始創(chuàng)新成果。目前，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)制的抗赤霉病小麥種質(zhì)材料已提供給國內(nèi)60多家育種單位使用。第一個(gè)含抗赤霉病基因Fhb7的小麥新品種“山農(nóng)48”，已於2021年通過正式審定並在全國推廣種植。

青春接力，久久為功。“十幾年中，我們培養(yǎng)了一支‘心有大我、至誠報(bào)國’的團(tuán)隊(duì)。”孔令讓說，團(tuán)隊(duì)成員在科研實(shí)踐中砥礪成才，涌現(xiàn)出全國杰出專業(yè)技術(shù)人才、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部“農(nóng)業(yè)科研杰出人才”、全國優(yōu)秀共產(chǎn)黨員等先進(jìn)典型。如今，針對抗赤霉病基因的生物降解應(yīng)用等科學(xué)難題，這個(gè)平均年齡隻有30歲的團(tuán)隊(duì)，又開啟了新的科研攻關(guān)。

用奮斗擦亮青春底色，以實(shí)干擔(dān)當(dāng)時(shí)代重任。“農(nóng)業(yè)科研是一項(xiàng)充滿希望的工作，每一次看到麥苗破土而出，心中都會(huì)升起新的期冀。”呂忠璠說，“我們會(huì)繼續(xù)瞄準(zhǔn)制約現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的‘卡脖子’技術(shù)難題，踔厲奮發(fā)，勇攀高峰，為保障國家糧食安全交出新時(shí)代青年的創(chuàng)新答卷。”（本報(bào)記者 羅旭）