農學博士發表突破性成果 釐清水稻雜種不育難題

6月8日，國際頂級學術期刊《科學》發表突破性成果，在植物體內報道「自私基因」，釐清了困擾水稻研究多年的雜種不育難題。

論文的第一作者是南京農業大學農學院博士余曉文，這距離他「咬」定這一難題已過去整整9年。在這場科研馬拉松里，秉持「做科研只有第一，沒有第二」的信念，余曉文的每一天都在「趕跑」。

9年前的6月，本科剛畢業，余曉文就一褲管「插」進水稻田，幫師兄到田裡插秧，收集實驗樣本。「那年收割的時候，水稻枝梗粗壯，原本應是大豐收，但很多稻穀是空的」。

稻穗「空果」，其實就是「雜種不育」現象，這正是余曉文的導師、南京農業大學萬建民院士團隊研究了20多年的水稻雜種優勢利用遇到的難題。

萬建民介紹，與秈秈雜交水稻相比，秈粳雜交水稻可進一步提高單產15%至30%，然而，同時會出現花粉不育、小穗結實率低、子粒不飽滿等雜種不育現象。「結實率80%是前提，如果達不到這個標準，就沒法實現增產」。

「一定是哪些基因控制了雜交稻不結實！」余曉文渴望找出原因。

這塊「硬骨頭」比想像中的還要難啃。2009年，余曉文發現世界上被報道的水稻雜種不育相關位點有50來個，但被克隆到的基因只有兩個。這些雜種不育位點大部分只被報道了大致的遺傳位置，誰都可以做，就看誰能先做出來。

「蒸籠」地里「繡花」忙

科研「無人區」的探索註定是考驗心智和毅力的。初期的表型考察和遺傳群體分析就讓余曉文花了兩年的時間。想要找到目的基因所在的區間，需要在很大的遺傳群體中去篩查重組單株。取葉片進行基因型分析，還要採集相應植株的稻花觀察花粉是否可育。

很多人不知道水稻也會開花——水稻的穎花是淡黃色的，長在枝梗上，外觀像小簇的狗尾巴草，個頭比芝麻還小，採集的時候必須先固定，然後藉助顯微鏡觀察，否則真看不出來。

水稻花期一般一周左右，由於研究對象是雄花，必須在一周內完成樣品採集，否則至少要再等半年。

水稻的開花期在七八月，正值南京火熱的夏季，稻田濕熱，余曉文和師兄妹們要「扎」進稻田一株一株精挑細選，多的時候，一天采兩三千份樣品，無異於「蒸籠」地里做「繡花」， 逐個編號收集，穎花樣品取回來，通過顯微鏡觀察是否可育。

白天「蒸籠」地里忙「繡花」，晚上顯微鏡下「穿針線」。「一天要看300個樣，每個至少重複3次，每天觀察統計實驗將近1000次。」余曉文坦言，強度大的時候，一天下來頭昏眼花。

實驗的目的在於證實或者證偽科研假設。證實的話，當然功夫不負有心人，可證偽了呢？余曉文笑笑，「那就只能將一個夏天的實驗過程推翻重來。」

這一「搏」搏對了

2013年，余曉文找到了讓花粉恢復可育的基因ORF3，這樣的成果足以在國際學術期刊發表一篇高水平論文，申請提前畢業了。但田裡的「秕谷」在余曉文的腦海中不停閃現，ORF3的發現真的足以揭示雜種不育的分子機制么？如果沒有與其相互制約的毒性基因，又是誰導致花粉不育呢？

余曉文覺得可能又面臨「山重水複疑無路」。未來會怎樣？只能一搏！

2014年，南京農業大學首次推行優秀博士學位論文創新工程資助，通過一定的經費補助鼓勵優秀博士生科研「不斷檔」，繼續深入探索，余曉文留了下來。

當時基因編輯技術應用尚不成熟，余曉文只能用傳統的方法，在很大的群體中進行複雜又嚴密的遺傳分析。

「看文獻——提假設——與導師討論——驗證或推翻假設」，余曉文終於找到了讓他「激動好幾個晚上都睡不著覺」的「MM純合近等基因系」。

他將這一發現講給導師萬建民聽。萬建民立即拍板，「非常有意思！」並鼓勵他借鑒跨學科的方法，繼續深入下去。

在中國農業科學院作物科學研究所王海洋、吳傳銀等專家的幫助下，余曉文為40多年前就被提出的水稻雜種不育遺傳假說找到了強有力的證明。

余曉文發現，是ORF2這一「狠毒」的基因導致花粉敗育，更有意思的是，ORF2和ORF3這兩個功能相反基因竟然緊密相連，並且來自同一個親本材料，它們共同作用，使得雜交後代攜帶這兩個基因的個體數顯著偏多。

參考動物相關研究，這是一種典型的「自私基因」遺傳模型——經典的孟德遺傳定律認為，來自雙親的基因應當相等概率地分配給下一代，然而「自私基因」會打破均衡，導致「孩子更像某一方」，而不是「一半像爸爸，一半像媽媽」。

余曉文的發現，第一次突破性地運用「自私基因」模型解釋了水稻雜種不育現象。

「畢不了業，時常不著家」的年輕爸爸

2016年是余曉文深感壓力的一年。這一年孩子出生，妻子為支持他，辭去工作照顧孩子和家庭，他的研究還有一塊硬骨頭沒啃完。

為了方便來去實驗室，夫妻倆在離中國農科院實驗室不遠的地方租住了一間很小的房子。北京三環內的房租很高，余曉文的補貼勉強湊夠房租和家用。

每年的10月到次年的3月，余曉文像「候鳥」一樣，遷徙到位於海南的南繁基地潛心研究。孩子出生前，余曉文連續4年春節沒回過老家陪父母。

孩子快1歲時，他將老婆孩子接到南京，但只要導師一個消息，余曉文就一頭「扎」回北京的實驗室。

「穿著短袖去的，套著羽絨服回來」，雖然夫妻倆早已適應這樣的節奏，可這次，快一歲半的孩子卻認不出爸爸了。余曉文很心酸。他暗自較勁兒，再努力一點、再加快一點！

2017年11月，余曉文將積累8年的成果投給國際頂級權威期刊《科學》。不到一個月，《科學》期刊編輯寄來了一封回執——從摘要到圖注全部詳細修改，這讓整個課題組都為之振奮。共同通訊作者、導師王海洋激動萬分，「頭一次見到！說明編輯對此文非常感興趣！」

2013年發現「MM純合近等基因系」是余曉文最激動的時刻，但直到此時，他的科研故事才算相對完整地告一段落，這些年一直懸在心中的石頭也落了下來。

科研沒有「休止符」

余曉文並不是團隊的第一位「長駐」博士。南京農業大學農學院院長朱艷教授說，「作物育種本身就是一項周期漫長的工作，要想出大成果，再怎麼努力都需要這個時間。」

南京農業大學農學院鼓勵學生從本科實踐創新項目開始，就明確知道自己在幹什麼，從本科畢業論文開始就能定好研究方向，到碩士和博士階段就要自己來主導研究。

「博士期間科研有彎路、沒進展，這很正常。」朱艷說，一要打好基礎，二是必須具備良好的抗壓力和意志力。學校沒辦法覆蓋到的好的研究，學院通過資助和獎勵來補上。

在南京農業大學農學院，頻繁的彙報和交流是雷打不動的「規矩」。「余曉文的研究，就是在多次彙報碰撞以後，導師才覺得要有好成果了」。

團隊之間每周一次小交流、每月一次大交流。每年一兩次的學院範圍的大交流都要持續兩三天，所有研究生都可以對某個成果提問或給出建議，「我們不贊成導師學生一對一的培養模式，我們強調大團隊意識，高領域的成果必須是交叉協同的。」 朱艷說。

博士生要勇攀前沿，必定有大量交叉學科，余曉文的研究就涉及遺傳學、分子生物學、進化生物學、作物學等多個學科。不論理論積累或實驗技術，都需要花時間去琢磨。

「坐不住冷板凳的學生，不會來我的團隊」。萬建民院士說，團隊發掘的水稻半不育基因PSS1花了18年；而水稻部分顯性矮桿多分櫱基因D53則花了25年。

6月10日，論文發出的第二天，本應是最該分享喜悅的時刻，余曉文卻又一早回到試驗田，開始新一季的水稻插秧。

9年前，同樣在這塊地里，他下決心要「啃」下硬骨頭向難題「宣戰」。如今，余曉文試圖將這場「馬拉松」繼續跑下去：一是驗證這一成果到底能為百姓的飯碗增加多少口糧；同時探尋毒蛋白與解毒蛋白這對「歡喜冤家」，究竟還隱藏多少不為人知的秘密。

通訊員 許天穎 中國青年報·中青在線記者 李潤文 來源：中國青年報

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