为贯彻落实党中央、国务院关于种业发展的决策部署,创导“打好种业翻身仗”广东模式,贯彻实施“粤强种芯”工程,构建“市场催动”的产学研融通模式。2021年5月26日,首届广东农业科技创新大比武—“温氏杯”广东种业科技创新大比武总决赛在广州市天河区柯木塱的“国字号”平台广州国家现代农业产业科技创新中心(以下简称“科创中心”)成功举办。本次大比武为广东首创,旨在通过政府搭平台,企业“抛绣球”,引导科研攻关方向,激活全省种业科技创新力量,建立全省合作、交流的“比学赶超”新机制。
经过激烈角逐,学院刘耀光院士团队的《高效的作物生物技术精准育种平台的开发与应用》脱颖而出、一举夺魁。回顾学院百年征程、梳理这一问“稻”天团的前世今生,你会发现该天团比武夺冠实乃情理之中。
创新精神生生不息 天团问“稻”薪火相承
学院作物学科百年积淀,孕育了众多学术泰斗、师者典范,有丁颖-卢永根-刘耀光为代表的“一门三院士”,更有水稻研究“五院士”。被誉为“中国稻作科学之父”的丁颖院士,建立了“丁氏稻种资源库”,是我国稻作学的“开山鼻祖”。学生卢永根院士继承先生衣钵,在水稻种质资源学和遗传育种学研究方面成果斐然;学生黄耀祥院士 ,20世纪10年代育成第一个半矮秆籼稻品种“广场矮”,开启了水稻 “第一次绿色革命”,终成“中国半矮杆水稻之父”。林鸿宣院士,长期从事水稻重要复杂性状的遗传研究,在水稻产量性状及抗逆性状的遗传机理与功能基因研究方面取得了一系列创新性成果。卢永根的学生刘耀光院士,深耕水稻育性发育研究二十余年,在水稻细胞质雄性不育、杂种不育分子机理及植物基因工程技术等领域取得一系列国际领先水平的科研成果。可谓是,一株稻穗,花开百年,创新精神生生不息,学院为我国乃至世界水稻育种谱写了壮丽的诗篇。
刘耀光院士是我国上世纪70年代恢复高考后的首届大学生,1984年考上卢永根教授的研究生,并获得公派出国留学机会,赴日本深造。1996年6月,在日本获得博士学位并工作了5年多的刘耀光,受导师卢永根院士的感召回到母校,加入卢永根校长创建并亲自挂帅担任首任室主任的学院遗传工程研究室,踏上了他二十年如一日的问“稻”科研征程。
揭秘水稻雄性不育 引航水稻杂种优势
提起杂交稻,人们都会自然想到刚去世不久的袁隆平院士和杂交稻育种对我国粮食安全的重要贡献。但支撑杂交稻育种应用的基础理论问题一直悬而未决。特别是,杂交稻育种的“三系”和杂种的育性差异是如何调控的?其分子基础是什么?等核心问题长期没有答案。
刚回国的刘耀光迎难而上,围绕着这个课题,潜心开展杂交稻育性控制的分子遗传基础研究。面对杂交稻育性控制这块硬骨头,25年来刘耀光一直坚持不懈,带领团队刨根问底、不断突破,相继揭示了“三系”杂交稻育种中的两大水稻细胞质雄性不育系统的分子机制,并阐明了籼稻与粳稻、亚洲稻与非洲稻杂种的生殖隔离的分子遗传基础,为水稻远缘杂种优势利用提供了理论指导和技术支撑,奠定了我国在植物育性研究的国际领先地位。
构筑分子育种平台 助力实施“粤强种芯”
俗话说,工欲善其事,必先利其器。生物技术精准育种是生物育种未来发展的方向,是解决种业“卡脖子”问题,实施“粤强种芯”工程,打好种业翻身仗的关键。农作物复杂农艺性状和营养物质合成涉及多基因调控,需要对多个目标基因进行聚合或精准靶向改良,只有通过生物技术育种才能解决作物育种的国际性难题。因此,发展具有自主知识产权的高效精准生物技术育种平台是我国农业科技创新的核心关键。为此,刘耀光院士以其敏锐、独到的眼光,带领团队开发了一系列具有国际领先水平的高效作物生物技术精准育种平台,解决了分子育种中复杂性状与多基因聚合和多基因编辑与结果分析等“卡脖子”技术问题。其中,高效多基因叠加系统TGSII好比是货运列车或航空母舰,能够装载并转运多个基因元件到目标作物中,实现高效快速的多基因性状的遗传改良。团队开发的多基因编辑系统pYLCRISPR/Cas9p 犹如精确制导的多弹头导弹系统,可同时靶向修饰多个目的基因的功能。而与之配套的一站式基因组编辑综合分析平台CRISPR-GE则可将费时费力的基因组编辑靶点设计、载体构建设计、突变体基因型分析过程,转变为自动化和批量化的简单操作,极大地降低基因组编辑的技术门槛,成为研究人员的常用工具。
应用该精准育种平台,该团队创制了多个功能营养型水稻新种质和一批重要农艺性状改良系及水稻远缘杂种亲和系,其中胚乳富含花青素的紫晶米”和富含角黄素与虾青素的“赤晶米”等功能营养型新种质属世界首创。这些成果可以让百姓的米饭吃得饱、吃得好、吃得香、吃得有营养。相关成果获得授权发明专利5件和软件著作权4件,发表学术论文34篇。
因其简便性和高效性,目前该平台技术体系已被国内外800多实验室(机构)广泛使用,在水稻、玉米、小麦等十多种农作物、果蔬、林木中培育众多新型遗传材料和新种质,成为生物技术精准育种的强大技术支撑,对保障我国种源安全具有重要意义,在作物商业育种中具有广泛应用前景和巨大市场潜力。
德才兼备科教双馨 创新天团“心系三农”
学院遗传工程室成立三十多年来,人才辈出,各领风骚,创造了辉煌的业绩,在水稻育性发育分子遗传机理和植物基因工程共性技术创新等研究领域取得了一系列突出的成果,在包括《Nature Genetics》、《Annual Review of PlantBiology》、 《Cell Research》、《Nature Communications》、 《Molecular Plant》和《Plant Cell》等学术刊物发表论文200余篇;获发明专利和软件著作权近40项,为我国生命科学领域输送了近300名毕业研究生;有近30人晋升为教授,含中科院院士、国家千人、国家杰青、长江学者、珠江学者和广东省杰青等人才,是我国农业科学应用基础研究的一支重要力量。这是华农人不忘科技强国初心,牢记服务三农农使命,传承“丁颖精神”的集中体现。
进入新时代,刘耀光院士领衔的水稻育性发育与基因工程团队,凝聚了一批心怀科学梦想,立志从事农业科学基础研究的中青年学术骨干和莘莘学子。他们勇立潮头,建功立业,积极投身中华民族复兴的伟大事业。2010年底,在日本学习工作了七年的陈乐天跟随导师刘耀光的步伐,放弃了国外优越的科研条件,回国加入团队建设,成为在科研、教学、党建全面发展的新一代学术带头人,入选国家百千万人才工程和广东省珠江学者特聘教授。同时,还有一批青年学术骨干如祝钦泷、谢勇尧等也入选广东省“青年拔尖”人才和“广东省杰青”等人才项目,成为团队优秀的青年骨干代表。
近五年,学院水稻育性发育与基因工程团队先后主持国家自然科学基金创新群体项目、重大项目和重点项目,以及广东省重大基础和应用基础项目等国家级和省级课题。团队先后获得国家自然科学二等奖,广东省科学技术奖一等奖、大北农科技奖基因工程奖和广东省丁颖科技奖等奖励,被授予教育部全国教育系统先进集体、广东省青年五四奖章集体、广东省五一劳动奖状等荣誉称号。2021年5月26日,团队在首届广东农业科技创新大比武中,荣获总决赛冠军,摘得金星奖。
——转载自“湾区农讯”公众号