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【科技十年】紧紧抓住“种芯”科研的“牛鼻子”

——学校推进种源科技攻关服务国家粮食安全10年记事

核心提示: 种子是农业的“芯片”,种业发展即是“国之大者”。10年来,我校种业研究集群紧紧牵住种业“牛鼻子”,牢牢锁定“金种子”“米袋子”“粮袋子”,助力“中国碗里盛满中国粮”。

编者按:党的二十大报告指出,教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。我校兼具“发展科技第一生产力、培养人才第一资源、增强创新第一动力”历史重任,科技融合创新更是学校建设特色鲜明世界一流大学的重要“风向标”。作为国家战略科技力量“排头兵”和“领头羊”,10年来学校始终坚持“四个面向”,与国家科技工作同频共振、强化原创科技引领,通过开展有组织的科研,进行了一系列探索、取得了一系列成果,提升了学校科技自立自强新境界。学校科技工作会议前夕,南湖新闻网将陆续推出【科技十年】系列通讯稿,回顾过去科技工作的基本理念、基本做法、基本探索和主要成绩,展望未来学校事业宏图,为学校科技创新工作蓄势赋能。

【科技十年】紧紧抓住“种芯”科研“牛鼻子”

——学校推进种源科技攻关服务国家粮食安全10年记事

种子是农业的“芯片”,种业发展即是“国之大者”。

上游厘清基础研究源头,中游疏浚研究范式渠道,下游迸发育种产业潜能。

10年来,我校种业研究集群紧紧牵住种业“牛鼻子”,牢牢锁定“金种子”“米袋子”“粮袋子”,助力“中国碗里盛满中国粮”。

上游:深耕基础研究的“源头活水”

“请稍等,最新研究成果已经在路上了!”从新春到初冬,严建兵教授及玉米团队屡有突破。

学校玉米团队关于“泛基因”“趋同驯化”“遗传图谱”的研究成果只是基础研究的一个缩影。

“问渠那得清如许,为有源头活水来”,基础研究模块处于种业的最上游。绿色超级稻、油菜、棉花、柑橘、小麦正共同发力,逐渐构筑起“大食物观”的重要屏障。

如果检索这些主要粮食和经济作物,会发现一条主线若隐若现——“功能基因组”。梳理发现,学校基础研究聚焦在基因表达调控、重要性状遗传变异挖掘、氧化应激、细胞凋亡、多组学、基因编辑、全基因组关联分析等,这是当今解构种业基因研究的“热词”。

10年来,我校逐步建立了国际领先的作物高效遗传转化体系和基因组编辑体系,建立了先进的代谢组分析平台,在重要粮食作物产量、品质、抗性等重要性状方面,克隆了超过400个重要基因,还成功揭示了水稻籼粳亚种间生殖隔离的机理,解析了玉米和水稻趋同选择的遗传规律。

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殷平教授与同学们探讨科研进展

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严建兵教授在崇阳隽青家庭农场向省领导汇报玉米种质研究进展

傅廷栋在油菜田 (1)

傅廷栋院士查看油菜苗长势

查看黄萎病发生情况2

张献龙教授查看黄萎病发生情况

徐强在试验田指导学生

徐强教授在试验基地指导科研

一组“CNS当量”的原始创新和原创成果“时间序”正好与这个过程高度吻合:

——2016年5月26日,殷平教授团队在国际顶级学术期刊Nature在线发表了关于N6腺嘌呤甲基转移酶的最新科研进展,首次报道了METTL3-METTL14蛋白复合体晶体结构,取得表观遗传学重要突破;

——2017年3月7日,我校张献龙教授、王茂军教授在Nature Genetics发表最新研究成果,绘成棉花纤维发育过程中表观修饰动态全图谱;

——2017年4月11日, Nature Genetics在线发表了我校邓秀新院士、徐强教授等在无性生殖领域取得的研究进展,这研究以柑橘原始种、野生种和栽培种的基因组为基础,采用比较基因组、遗传学和转录组等方法解析了柑橘“多胚”形成的分子基础;

——2021年8月,殷平教授课题时隔5年在Science杂志在线发表研究论文,揭示了线粒体外膜TOM转位酶复合体组装的分子机制;

——2020年春,陈桃教授与密歇根州立大学的博士后Kinya Nomura关于“微生物菌群与植物健康”的共同研究成果发表于Nature,该研究率先开启了植物学的新领域——植物菌群失调与植物健康之间的关系;

——2022年3月25日,Science杂志在线发表了严建兵教授团队联合中国农大学者的研究成果。该研究发现,通过敲除玉米KRN2和水稻OsKRN2,可以分别提高玉米10%和水稻8%左右的产量;

——2022年9月30日,我校经济管理学院何可副教授、张俊飚教授的研究成果发表于Science学术快报,该成果展望了全球气候变化背景下信息通信技术产业的低碳转型前景;

——2022年10月13日,代明球教授、李林教授、李峰教授等Nature Biotechnology发表研究长文,详细阐述了玉米产量和抗性平衡的遗传与分子机制,为玉米高抗高产精准分子设计育种奠定了基础;

——2022年11月7日,我校油菜团队联合生物信息团队在Genome Biology发表研究论文。该研究全面描述了油菜种子发育过程中转录组变异调控图谱,为多倍体植物的不对称调控提供了借鉴;

……

包含但又不止于此。10年来学校在种业基础研究领域可谓“多点开花”。新一轮科技革命勃兴之际,攻占这些研究“桥头堡”是解决“卡脖子技术”的关键一招。

亦或者说,一批Nature、Science、Nature Genetics、Nature Biotechnology、PNAS、Nature Communications研究成果成了学校科技十年的最好脚注。

“立地”才能“顶天”。这些原创性成果不断问世,既为科学真理的探索提供了可能,也为种业发展铺设了一块块厚重的“基石”。

中游:“种养模式”赋能粮食安全

“藏粮于地”很重要,“藏粮于技”更重要。

“如果推进宽窄行种植,26+13,株距14,大家以为如何?这样每亩就有2.44万穴,即令每穴8穗,也有19.54万穗……”汉川沉湖的黑米收获后,张启发院士便带领团队总结凝练,为的是“稻-鸭-虾”种养模式的持续创新。

实际上,早在上个世纪90年代张启发院士便提出了“绿色超级稻”的战略构想。在近10年的研究中,水稻研究团队以“双水双绿”为“支点”,不断拓展“少打农药、少施化肥、节水抗旱、优质高产”新边界。

这几年,一款名为“华墨香”的“米饭型全谷黑米”成为推动主食全谷化、黑米主食化“宝贝疙瘩”,最终也将指向“生命健康”和“粮食安全”。

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张启发院士在监利调研“稻-鸭-虾”种养模式

荆楚行:邓秀新院士、李召虎校长在神农架林区祥玺农业大岩屋基地调研中草药种植情况(陈锦 摄)

邓秀新院士和李召虎教授在神农架林区调研生物多样性IMG_2505

彭少兵教授指导再生稻种植栽培技术

姜道宏教授调研田间水稻病虫害防治工作

姜道宏教授调研田间水稻病虫害防治

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李召虎教授在新疆调研棉花的生物化学调控

“十年磨一剑,我们一直聚焦创建机收再生稻丰产高效栽培关键技术的‘中观尺度’,立志为中国粮食事业做点事。”彭少兵教授这样回顾自己的“科技十年”,他尤以为傲的是在今年连续旱灾的情况下,再生稻依旧迸发出顽强“生命力”。

作为“绿色超级稻”的延伸,彭少兵教授团队在2009年开展了再生稻相关技术攻关,2013年以来湖北省机收再生稻推广面积持续增长,实现大面积示范区连续3年两季亩产980公斤至1030公斤,相较中稻增产300公斤至350公斤。

“机收再生稻增产,连续10年!” 这与学校科技工作十年同频接驳,又确乎是学校科技事业发展的一种隐喻。

全口径的大数据显示,我校目前己牵头选育70多个绿色超级稻品种,示范应用面积累计超过1.5亿亩,新增产值300多亿元。2017年,该成果还曾入选庆祝改革开放40周年大型展览。

“3000斤甜玉米!五小和第二幼儿园的孩子们又有营养早餐啦!”这个冬日,在崇阳县隽青家庭农场沈二民的朋友圈里各种围绕甜玉米的“忙碌”。

相传在公元16世纪玉米传入中国,这一粒种子的“旅居史”深刻改变着中国的粮食格局,直至今日。

今年已经是玉米团队技术帮扶隽青的第四个年头了,甜玉米正是在这块土地上实现了从“0”到“1”。如今,农场已经种植了500亩全省最新的唯一的七彩水果玉米,50亩草莓味、咖啡味、牛奶味可生吃的玉米正从这里走向全国。

这只是学校贡献玉米产业链条上的一朵“小浪花”。在套种模式、种养结合,在无人农场、智慧农业、智慧种植,甚至在“公司+基地+农户”经营模式上玉米团队一直全力以赴。

无论何种作物、无论何种地块,科技才是“王道”。

“姜老师,您这一亩地,格外好!”在监利县嘉润农机专业合作社,负责人杨永智为姜道宏的“植物疫苗”技术竖起了大拇指。姜道宏被誉为“植物病理医生”,长期致力于农作物抗病研究,守护着粮食作物绿色高产。

“新增长点”还有小麦团队。作为“复兴作物学”的重要“支点”,近年来这里汇聚了清一色的“80后”“90后”教授,团队正角力世界小麦研究前沿……

下游:筑牢丰产育种“压舱石”

“干这一行,我们都是把一年当作两年用!”下到一线、干在一线、成在一线,干在中国、干到东南亚、干到莫桑比克,这成了牟同敏教授近40年的工作写照。

做为“出口端”,推广、应用是种业的下游,也是种业得以振兴的关键一环。学校像牟同敏教授这样扑在产业实践一线的人,并不在少数。

“农业需要我们,农业需要科学,我要为农业奋斗一辈子!”有一种“双向奔赴”,叫“八旬院士”。10年来,耄耋之年的傅廷栋院士奔赴在全国各地,坚持推广饲用油菜品系、多功能油菜品系、赖盐碱油菜品系,在新疆、在东三省、在西南,一次出差动辄辗转上万公里。

据统计,10年来我校成功选育了水稻、油菜、玉米、棉花新品种107个。全国种植面积约50%的杂交油菜品种都利用了学校发现的波里马细胞质雄性不育系选育,华油杂62、华油杂50更是其中的佼佼者。

从“国标”来看,我校近10年新获批国审品种19个,“华油杂”系列、“敦玉810”“华杂棉H318”等新品种大面积推广。自主培育的抗虫转基因水稻品种“华恢1号”还获得了美国上市许可。

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陈焕春院士荣获湖北省科技进步突出贡献奖

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赵书红教授与同学在探讨生猪的“芯片”

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刘永忠教授在“南繁基地”调研玉米长势

4 学校发布师生就地帮扶春耕生产倡议。图为南繁基地“候鸟”孙肖鹏正在田间授粉

孙肖鹏同学正在田间授粉

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我校小麦团队师生在主产区调研留影(本文图片来自校新闻中心图库)

“南繁基地”是学校种业发展必谈话题。每年冬季,总有一群“狮山候鸟”,从武汉出发到海南水稻和玉米基地开展基础研究与育种。“青春的大好时光都是在育种与南繁度过的,这里就是我的第二故乡。”已经一线育种33年的玉米育种学者刘永忠教授这样说。

据玉米团队邱法展教授介绍,近五年以学校为第一单位选育新品种27个,其中国审2个、其他单位选育审定品种8个。累计转让金额2876万元,累计推广超3600万亩,增收超30亿元。

种业和大食观的外延,还包括棉花等大宗经济作物。近年来,学校获审23个棉花品种,国审品种华杂棉H318是长江流域的主推品种,华棉702已开始在新疆大面积种植推广。张献龙教授、李召虎教授所创棉花生物育种和生物化控技术受到棉农广泛认可。

实际上,种业也包括动物繁育。10年来,学校选育出快长、高繁、节粮瘦肉型种猪新品系多个,创制出5个基因编辑猪育种新材料,还培育了楚香黑猪、鄂通两头乌、欣华2号蛋鸡、奶水牛等新品种

……

种业与国家粮食安全是一场“宏大叙事”,需要新型“举国体制”,更需要科技工作者年复一年、聚沙成塔。

“能够跑得快一点,是我们的幸运”,殷平教授曾说过,“团队的研究成果,得益于创新研究的环境好,更得益于天时、地利、人和。”10年档口,回顾过去、企望未来,这是种业科研事业的最好契机。

(本文作者系校新闻中心记者 川竹 审核人 吴义生)

责任编辑:蒋朝常