加快打造原始创新策源地,加快突破关键核心技术,努力抢占科技制高点,为把我国建设成为世界科技强国作出新的更大的贡献。

——习近平总书记在致中国科学院建院70周年贺信中作出的“两加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向经济主战场、面向国家重大需求、面向人民生命健康,率先实现科学技术跨越发展,率先建成国家创新人才高地,率先建成国家高水平科技智库,率先建设国际一流科研机构。

——中国科学院办院方针

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李家洋:国家需求植根于我的思想深处

2024-04-30 中国科学报 冯丽妃
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李家洋在江西省上高县查看双季早粳稻长势。冯丽妃/摄

粮食安全是国家安全的重要基础。如何用世界8%的耕地养活世界20%的人口?种子是农业的“芯片”,育种创新是粮食安全的重要保障。

凭借“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”研究,中国科学院院士、中国科学院遗传与发育生物学研究所(以下简称遗传发育所)研究员李家洋团队荣获2017年度国家自然科学奖一等奖。这一中国自然科学领域的最高奖项,正是该团队十余年来不忘初心、牢记使命,誓为祖国种好一棵水稻的最佳写照。

今年是李家洋赴美留学回国的第三十个年头,这期间他始终走在我国植物遗传学研究创新的最前沿——率先在国内建立模式植物拟南芥分子遗传学研究体系、率先利用图位克隆法分离出主粮作物水稻的功能基因、率先在中国提出分子设计育种理念。他带领团队从基础研究走向田间育种,为我国不同稻区“精准设计”出一系列国审水稻新品种,并播种在祖国大地上。

谈及坚持创新的源泉,李家洋近日在接受《中国科学报》采访时直言:“国家需求这个动力植根于我的思想深处?!?/p>

一个梦想,撑起迎难而上的底气

李家洋出生于安徽省肥西县一个农民家庭,高中毕业时,十年动荡尚未结束。他曾在建筑工地当学徒,白天搬砖、挖地基、抬水泥,晚上就在灯光昏暗、人声嘈杂的集体宿舍看书。凭着这股“钻”劲儿,他在1977年搭上中国恢复高考的“首班列车”,考入安徽农学院(安徽农业大学前身)。

大学期间,学习林学专业的他对处于生命科学前沿的分子遗传学产生了兴趣,于是发愤自学,终于在1981年如愿考上中国科学院遗传研究所(遗传发育所前身)硕士研究生。在跟随导师李继耕研究员做细胞质不育研究的过程中,李家洋逐渐树立了一个梦想——掌握最先进的知识,培育高产优质的作物,让老百姓吃得饱、吃得好。

1985年,李家洋赴美留学,在布兰迪斯大学攻读博士学位。1991年,在选择博士后方向时,美国哈佛大学生化系和医学院的两位教授都向他投来“橄榄枝”,但心中的梦想让他抵住了“名?!钡挠栈?,选择到美国康奈尔大学从事植物分子遗传学博士后研究。

李家洋回国前,身边曾有不少人劝他慎重考虑,因为当时的中国科研基础薄弱,回国后可能会跟不上世界最前沿研究的发展速度。

但他没有犹豫。1994年,李家洋回到北京,奔赴一场期待已久的逐梦之旅。

回到遗传发育所后,李家洋在30多平方米的旧实验室里白手起家。缺经费、没设备,他和课题组就用别人用过的旧试验台和淘汰的仪器设备。

在这种条件下实现梦想,李家洋做好了“打持久战”的准备。

一开始,为了让课题组“活下去”,他把目标放在研究周期较短的模式植物拟南芥上,希望在国内建立起分子遗传学研究体系?!暗笔钡囊糯⒂?,乃至整个中国,很多研究是奔着出一个品种去的,对背后分子遗传机制的分析很少,这方面有比较大的创新空间?!崩罴已蠡匾?。

很快,李家洋课题组成为国内第一个让拟南芥在实验室里发芽、开花、结籽的团队?;诖?,他带领课题组在国家杰出青年科学基金等项目的支持下,向当时分子遗传学研究最前沿的两大技术——基因图位克隆技术和基因定点整合技术发起攻关。

其中,他们在图位克隆技术研究方面获得了巨大成功。2000年,李家洋带领课题组从拟南芥的2万多个基因中大海捞针,采用图位克隆法分离出导致细胞死亡的基因并解释了背后机制。这是我国科学家首次利用图位克隆法把高等生物的一个功能基因从诸多基因中分离出来,奠定了我国基因图位克隆的基础。

这项研究也为李家洋在水稻育种中进行基因克隆提供了技术路线。

一个理念,掀起一场育种革命

拟南芥研究只是短期目标,李家洋从未放下用所学为作物增产、保障国家粮食安全的初衷。1997年,实验室刚刚稳定下来,他决定研究我国最重要的粮食作物——水稻。

那时候,李家洋通常晚上11点后才从实验室回家。在实验室,他经常碰到中国水稻研究所的钱前博士,后者当时在遗传发育所研究员朱立煌实验室做水稻研究。两人经常一起讨论如何开展水稻遗传育种,随着讨论的深入,他们的思路越来越清晰?!八咀钪匾男宰词遣?,产量性状中最难的又是分蘖数调控机理研究,我们就决定从水稻分蘖做起?!崩罴已笏?。

经过7年研究,他们通过图位克隆技术克隆了调控水稻分蘖的关键基因——MOC1。当时,农业科学家普遍认为水稻分蘖由复杂的遗传网络决定,这一单基因调控模式的发现,成为我国水稻功能基因组学发展的一个里程碑,让我国水稻功能基因组研究进入高速发展期。相关研究2003年发表于《自然》,并入选年度中国十大科技进展新闻,还获得2005年度国家自然科学奖二等奖。

实现了“从0到1”的突破后,李家洋继续带领团队成员克隆出影响水稻分蘖数目、株高、分蘖角度、穗大小、穗型、茎秆强度等株型特征的一系列重要基因。更关键的是,他们发现了理想株型形成的关键基因IPA1,解析了IPA1介导的株型发育分子机理与调控网络。

这些关键基因的克隆和功能解析,以及基因组测序技术、生物信息技术等现代生命科学技术的快速发展,为解析生物复杂性状的遗传调控网络带来机遇,也为育种技术的创新带来新希望。

当时,我国常规育种正遭遇发展瓶颈。育种学家选择亲本时不知道哪个基因控制哪个性状,只能靠经验,通过一代代杂交选育出新品种。这不仅使育种周期变长,往往需要8到10年,而且品种间遗传多样性狭窄、效率较低,越来越难选育出有突破性的优异品种。

在此背景下,李家洋提出“分子设计”育种的理念:“像设计工业产品一样,通过把高产、抗病、优质的基因??椤樽啊鹄?,‘设计’出理想的种子?!?/p>

这一新理念的提出,将中国的育种技术理念推向了世界前沿。

2013年8月,中国科学院战略性先导科技专项(A类)“分子??樯杓朴执葱绿逑怠逼舳?。通过4个项目、12个课题、64个子课题和144个任务专题,2100多名科学家尝试利用这个新科技手段,掀起一场育种革命。

经过5年攻关,该专项在种质资源挖掘、设计品种培育及通用技术研发等方面取得一批重要成果——创建了分子??樯杓朴旨际跆逑?,创制了水稻、大豆、小麦和鲤鱼新品系200个,审定了新品种27个,并在主产区进行了大范围推广。

李家洋带领课题组“精准设计”的多个水稻新品种已播撒到我国数千万亩稻田。

在长江中下游稻区,他们培育的“嘉优中科”系列超高产、早熟、抗稻瘟病的籼粳杂交稻,亩产达到900公斤,比当地主栽的普通品种增产20%以上。

在东北稻区,他们培育的“中科804”以及“中科发”系列品种产量高、口感好、出米率高、高抗倒伏和稻瘟病,其中仅“中科发5号”累计种植面积就达2000多万亩。

从基础理论研究到成果转化落地,分子??樯杓朴滞贫宋夜旨际醯目缭绞椒⒄?,为保障我国粮食安全提供了科技支撑。

2017年,李家洋与合作者完成的“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”获得国家自然科学奖一等奖。

国家最高科技奖得主李振声院士评价,这是继水稻矮秆化“绿色革命”和杂交水稻之后的第三次重大突破,标志着“新绿色革命”的开始。

一粒种子,谱写一生奋斗目标

30年来,李家洋带领团队获得了一项项沉甸甸的荣誉。除了前述的两项国家自然科学奖,他们的成果还先后6次入选“中国科学十大进展”和“中国十大科技进展新闻”。

李家洋本人也先后获得中国科学院杰出科技成就奖、未来科学大奖、陈嘉庚科学奖等科技奖励,并获得中国科学院院士、美国科学院外籍院士、德国科学院院士等多个院士荣誉称号。

“好运从来不会无缘无故降临到一个人头上?!崩罴已蟮摹袄洗畹怠?、中国科学院院士韩斌举例说,在水稻株型研究方面,李家洋在世界上数一数二,这是因为他花费大量精力,把世界上所有水稻株型几乎研究遍了。

如今,他仍在稻田里坚持创新?!拔夜?个水稻主产区,其中4个是战略区。至少在我心中,有4个稻区肯定要考虑布局新品种?!崩罴已蠖浴吨泄蒲Пā匪?。

由于每个稻区的气候、土壤条件都不一样,李家洋计划从长江中下游到东北,再到华中、华南,针对一个个稻区因地制宜培育不同水稻优异新品种。

2020年以来,他带领团队填补育种空白,在长江中下游地区育出多个双季早粳稻新品系,实现了我国早粳稻“零的突破”,并推动建立了我国首个早粳稻审定标准,有望让中国老百姓提前一个季度吃上好吃的新粳米。

如今,作为崖洲湾国家实验室主任,李家洋一边马不停蹄地“招兵买马”,组建人才队伍,推动这个国家级种子科学技术研究与种业创新平台尽快建设发展;一边坚持开展育种科学与技术研究。

“我相信,只要不断努力、埋头苦干,我们的科学与技术研究就能如同一粒粒种子,破土发芽,拔节生长,最终孕育出丰硕果实,为粮食安全和农民富裕作出贡献?!崩罴已笏?。

“做科研要有一个远大的目标,这个目标要高于‘找工作、谋饭碗’,也要高于对社会身份和地位的追求?!彼睦嗄昕蒲Ъ乙矣诖ヅ霾⒆钪展タ俗罹咛粽叫缘哪烟?,把个人追求与国家需求结合在一起,创造属于自己、属于这个时代的历史。

(原载于《中国科学报》?2024-04-30?第1版?要闻)
打印 责任编辑:梁春雨

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