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李家洋在江西省上高縣查看雙季早粳稻長勢。馮麗妃/攝糧食安全是國家安全的重要基礎(chǔ)。如何用世界8%的耕地養(yǎng)活世界20%的人口？種子是農(nóng)業(yè)的“芯片”，育種創(chuàng)新是糧食安全的重要保障。憑借“水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)性狀形成的分子機(jī)理及品種設(shè)計”研究，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所（以下簡稱遺傳發(fā)育所）研究員李家洋團(tuán)隊榮獲2017年度國家自然科學(xué)獎一等獎。這一中國自然科學(xué)領(lǐng)域的最高獎項，正是該團(tuán)隊十余年來不忘初心、牢記使命，誓為祖國種好一棵水稻的最佳寫照。今年是李家洋赴美留學(xué)回國的第三十個年頭，這期間他始終走在我國植物遺傳學(xué)研究創(chuàng)新的最前沿——率先在國內(nèi)建立模式植物擬南芥分子遺傳學(xué)研究體系、率先利用圖位克隆法分離出主糧作物水稻的功能基因、率先在中國提出分子設(shè)計育種理念。他帶領(lǐng)團(tuán)隊從基礎(chǔ)研究走向田間育種，為我國不同稻區(qū)“精準(zhǔn)設(shè)計”出一系列國審水稻新品種，并播種在祖國大地上。談及堅持創(chuàng)新的源泉，李家洋近日在接受《中國科學(xué)報》采訪時直言：“國家需求這個動力植根于我的思想深處?！币粋€夢想，撐起迎難而上的底氣李家洋出生于安徽省肥西縣一個農(nóng)民家庭，高中畢業(yè)時，十年動蕩尚未結(jié)束。他曾在建筑工地當(dāng)學(xué)徒，白天搬磚、挖地基、抬水泥，晚上就在燈光昏暗、人聲嘈雜的集體宿舍看書。憑著這股“鉆”勁兒，他在1977年搭上中國恢復(fù)高考的“首班列車”，考入安徽農(nóng)學(xué)院（安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)前身）。大學(xué)期間，學(xué)習(xí)林學(xué)專業(yè)的他對處于生命科學(xué)前沿的分子遺傳學(xué)產(chǎn)生了興趣，于是發(fā)憤自學(xué)，終于在1981年如愿考上中國科學(xué)院遺傳研究所（遺傳發(fā)育所前身）碩士研究生。在跟隨導(dǎo)師李繼耕研究員做細(xì)胞質(zhì)不育研究的過程中，李家洋逐漸樹立了一個夢想——掌握最先進(jìn)的知識，培育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的作物，讓老百姓吃得飽、吃得好。1985年，李家洋赴美留學(xué)，在布蘭迪斯大學(xué)攻讀博士學(xué)位。1991年，在選擇博士后方向時，美國哈佛大學(xué)生化系和醫(yī)學(xué)院的兩位教授都向他投來“橄欖枝”，但心中的夢想讓他抵住了“名校”的誘惑，選擇到美國康奈爾大學(xué)從事植物分子遺傳學(xué)博士后研究。李家洋回國前，身邊曾有不少人勸他慎重考慮，因為當(dāng)時的中國科研基礎(chǔ)薄弱，回國后可能會跟不上世界最前沿研究的發(fā)展速度。但他沒有猶豫。1994年，李家洋回到北京，奔赴一場期待已久的逐夢之旅?；氐竭z傳發(fā)育所后，李家洋在30多平方米的舊實驗室里白手起家。缺經(jīng)費、沒設(shè)備，他和課題組就用別人用過的舊試驗臺和淘汰的儀器設(shè)備。在這種條件下實現(xiàn)夢想，李家洋做好了“打持久戰(zhàn)”的準(zhǔn)備。一開始，為了讓課題組“活下去”，他把目標(biāo)放在研究周期較短的模式植物擬南芥上，希望在國內(nèi)建立起分子遺傳學(xué)研究體系?！爱?dāng)時的遺傳發(fā)育所，乃至整個中國，很多研究是奔著出一個品種去的，對背后分子遺傳機(jī)制的分析很少，這方面有比較大的創(chuàng)新空間。”李家洋回憶。很快，李家洋課題組成為國內(nèi)第一個讓擬南芥在實驗室里發(fā)芽、開花、結(jié)籽的團(tuán)隊?；诖耍麕ьI(lǐng)課題組在國家杰出青年科學(xué)基金等項目的支持下，向當(dāng)時分子遺傳學(xué)研究最前沿的兩大技術(shù)——基因圖位克隆技術(shù)和基因定點整合技術(shù)發(fā)起攻關(guān)。其中，他們在圖位克隆技術(shù)研究方面獲得了巨大成功。2000年，李家洋帶領(lǐng)課題組從擬南芥的2萬多個基因中大海撈針，采用圖位克隆法分離出導(dǎo)致細(xì)胞死亡的基因并解釋了背后機(jī)制。這是我國科學(xué)家首次利用圖位克隆法把高等生物的一個功能基因從諸多基因中分離出來，奠定了我國基因圖位克隆的基礎(chǔ)。這項研究也為李家洋在水稻育種中進(jìn)行基因克隆提供了技術(shù)路線。一個理念，掀起一場育種革命擬南芥研究只是短期目標(biāo)，李家洋從未放下用所學(xué)為作物增產(chǎn)、保障國家糧食安全的初衷。1997年，實驗室剛剛穩(wěn)定下來，他決定研究我國最重要的糧食作物——水稻。那時候，李家洋通常晚上11點后才從實驗室回家。在實驗室，他經(jīng)常碰到中國水稻研究所的錢前博士，后者當(dāng)時在遺傳發(fā)育所研究員朱立煌實驗室做水稻研究。兩人經(jīng)常一起討論如何開展水稻遺傳育種，隨著討論的深入，他們的思路越來越清晰。“水稻最重要的性狀是產(chǎn)量，產(chǎn)量性狀中最難的又是分蘗數(shù)調(diào)控機(jī)理研究，我們就決定從水稻分蘗做起?！崩罴已笳f。經(jīng)過7年研究，他們通過圖位克隆技術(shù)克隆了調(diào)控水稻分蘗的關(guān)鍵基因——MOC1。當(dāng)時，農(nóng)業(yè)科學(xué)家普遍認(rèn)為水稻分蘗由復(fù)雜的遺傳網(wǎng)絡(luò)決定，這一單基因調(diào)控模式的發(fā)現(xiàn)，成為我國水稻功能基因組學(xué)發(fā)展的一個里程碑，讓我國水稻功能基因組研究進(jìn)入高速發(fā)展期。相關(guān)研究2003年發(fā)表于《自然》，并入選年度中國十大科技進(jìn)展新聞，還獲得2005年度國家自然科學(xué)獎二等獎。實現(xiàn)了“從0到1”的突破后，李家洋繼續(xù)帶領(lǐng)團(tuán)隊成員克隆出影響水稻分蘗數(shù)目、株高、分蘗角度、穗大小、穗型、莖稈強(qiáng)度等株型特征的一系列重要基因。更關(guān)鍵的是，他們發(fā)現(xiàn)了理想株型形成的關(guān)鍵基因IPA1，解析了IPA1介導(dǎo)的株型發(fā)育分子機(jī)理與調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。這些關(guān)鍵基因的克隆和功能解析，以及基因組測序技術(shù)、生物信息技術(shù)等現(xiàn)代生命科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，為解析生物復(fù)雜性狀的遺傳調(diào)控網(wǎng)絡(luò)帶來機(jī)遇，也為育種技術(shù)的創(chuàng)新帶來新希望。當(dāng)時，我國常規(guī)育種正遭遇發(fā)展瓶頸。育種學(xué)家選擇親本時不知道哪個基因控制哪個性狀，只能靠經(jīng)驗，通過一代代雜交選育出新品種。這不僅使育種周期變長，往往需要8到10年，而且品種間遺傳多樣性狹窄、效率較低，越來越難選育出有突破性的優(yōu)異品種。在此背景下，李家洋提出“分子設(shè)計”育種的理念：“像設(shè)計工業(yè)產(chǎn)品一樣，通過把高產(chǎn)、抗病、優(yōu)質(zhì)的基因模塊‘組裝’起來，‘設(shè)計’出理想的種子?！边@一新理念的提出，將中國的育種技術(shù)理念推向了世界前沿。2013年8月，中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（A類）“分子模塊設(shè)計育種創(chuàng)新體系”啟動。通過4個項目、12個課題、64個子課題和144個任務(wù)專題，2100多名科學(xué)家嘗試?yán)眠@個新科技手段，掀起一場育種革命。經(jīng)過5年攻關(guān)，該專項在種質(zhì)資源挖掘、設(shè)計品種培育及通用技術(shù)研發(fā)等方面取得一批重要成果——創(chuàng)建了分子模塊設(shè)計育種技術(shù)體系，創(chuàng)制了水稻、大豆、小麥和鯉魚新品系200個，審定了新品種27個，并在主產(chǎn)區(qū)進(jìn)行了大范圍推廣。李家洋帶領(lǐng)課題組“精準(zhǔn)設(shè)計”的多個水稻新品種已播撒到我國數(shù)千萬畝稻田。在長江中下游稻區(qū)，他們培育的“嘉優(yōu)中科”系列超高產(chǎn)、早熟、抗稻瘟病的秈粳雜交稻，畝產(chǎn)達(dá)到900公斤，比當(dāng)?shù)刂髟缘钠胀ㄆ贩N增產(chǎn)20%以上。在東北稻區(qū)，他們培育的“中科804”以及“中科發(fā)”系列品種產(chǎn)量高、口感好、出米率高、高抗倒伏和稻瘟病，其中僅“中科發(fā)5號”累計種植面積就達(dá)2000多萬畝。從基礎(chǔ)理論研究到成果轉(zhuǎn)化落地，分子模塊設(shè)計育種推動了我國育種技術(shù)的跨越式發(fā)展，為保障我國糧食安全提供了科技支撐。2017年，李家洋與合作者完成的“水稻高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)性狀形成的分子機(jī)理及品種設(shè)計”獲得國家自然科學(xué)獎一等獎。國家最高科技獎得主李振聲院士評價，這是繼水稻矮稈化“綠色革命”和雜交水稻之后的第三次重大突破，標(biāo)志著“新綠色革命”的開始。一粒種子，譜寫一生奮斗目標(biāo)30年來，李家洋帶領(lǐng)團(tuán)隊獲得了一項項沉甸甸的榮譽。除了前述的兩項國家自然科學(xué)獎，他們的成果還先后6次入選“中國科學(xué)十大進(jìn)展”和“中國十大科技進(jìn)展新聞”。李家洋本人也先后獲得中國科學(xué)院杰出科技成就獎、未來科學(xué)大獎、陳嘉庚科學(xué)獎等科技獎勵，并獲得中國科學(xué)院院士、美國科學(xué)院外籍院士、德國科學(xué)院院士等多個院士榮譽稱號?！昂眠\從來不會無緣無故降臨到一個人頭上?！崩罴已蟮摹袄洗顧n”、中國科學(xué)院院士韓斌舉例說，在水稻株型研究方面，李家洋在世界上數(shù)一數(shù)二，這是因為他花費大量精力，把世界上所有水稻株型幾乎研究遍了。如今，他仍在稻田里堅持創(chuàng)新?！拔覈?個水稻主產(chǎn)區(qū)，其中4個是戰(zhàn)略區(qū)。至少在我心中，有4個稻區(qū)肯定要考慮布局新品種?！崩罴已髮Α吨袊茖W(xué)報》說。由于每個稻區(qū)的氣候、土壤條件都不一樣，李家洋計劃從長江中下游到東北，再到華中、華南，針對一個個稻區(qū)因地制宜培育不同水稻優(yōu)異新品種。2020年以來，他帶領(lǐng)團(tuán)隊填補(bǔ)育種空白，在長江中下游地區(qū)育出多個雙季早粳稻新品系，實現(xiàn)了我國早粳稻“零的突破”，并推動建立了我國首個早粳稻審定標(biāo)準(zhǔn)，有望讓中國老百姓提前一個季度吃上好吃的新粳米。如今，作為崖洲灣國家實驗室主任，李家洋一邊馬不停蹄地“招兵買馬”，組建人才隊伍，推動這個國家級種子科學(xué)技術(shù)研究與種業(yè)創(chuàng)新平臺盡快建設(shè)發(fā)展；一邊堅持開展育種科學(xué)與技術(shù)研究。“我相信，只要不斷努力、埋頭苦干，我們的科學(xué)與技術(shù)研究就能如同一粒粒種子，破土發(fā)芽，拔節(jié)生長，最終孕育出豐碩果實，為糧食安全和農(nóng)民富裕作出貢獻(xiàn)?！崩罴已笳f。“做科研要有一個遠(yuǎn)大的目標(biāo)，這個目標(biāo)要高于‘找工作、謀飯碗’，也要高于對社會身份和地位的追求?！彼膭钋嗄昕茖W(xué)家要敢于觸碰并最終攻克最具挑戰(zhàn)性的難題，把個人追求與國家需求結(jié)合在一起，創(chuàng)造屬于自己、屬于這個時代的歷史。（原載于《中國科學(xué)報》?2024-04-30?第1版?要聞）