□记者 陈祈
自2005年加入上海交通大学以来,袁政一直从事水稻生殖发育和分子设计育种方面的科研工作,在各类期刊发表论文50余篇,参与选育不育系3个,获得水稻新品种权4项、水稻新品种审定5项。他参与的部分研究成果先后获得教育部自然科学奖一等奖和上海市科学技术进步奖一等奖。申请育性、产量性状调控基因相关的国家发明专利32项,获得授权发明专利24项,实用新型专利2项,多个育性基因资源被应用于创制第三代工程不育系。凭借杰出的科研能力和突出的技术贡献,2023年12月,袁政入选了东方英才计划拔尖项目。
探寻水稻基因的奥秘
传统水稻育种工作量大、周期长,因此提高育种效率、加快新品种培育速度是水稻育种技术改进的迫切需求。袁政的工作就是通过生物技术,从基因层面探究水稻高产、稳产的奥秘。
三系法是我国农业科技界的一项重大发明,核心原理是将杂交母本转育成不育系,通过与保持系和恢复系的配合,实现不育系繁种和杂交种子的生产。传统方法中不育系种子的繁殖是用杂交的方式,袁政所在团队的研究则是从分子层面挖掘和克隆不同的育性调控基因位点,从而为育性可控制应用提供更多的基因资源。
“基因就是调控生物各类性状的内在遗传调控因子,其功能需要科研人员去发现、解析和再应用。”袁政介绍,“比如要了解某一水稻为什么高产,那我们的工作就是使用生物科技的各项研究方法,在自然材料中找到产量性状的核心调控基因,通过功能解析,发现其发挥调控作用的具体机制,为后续高产育种的生产应用提供基因资源和遗传材料。”
“水稻不同基因位点有着不同的功能,比如某一基因位点可以决定水稻的育性,这意味着可以利用该位点服务于杂交稻种子的生产和优化。”袁政介绍,“我们已有多个育性基因资源应用于创制第三代工程不育系水稻育种材料,这些工程不育系的种子生产不再需要保持系,优化了杂交稻生产流程和降低种子生产成本,能够进一步提高水稻品种选育的效率。”
解锁水稻休眠和生长“密码”
穗发芽是我国南方水稻产区和东南亚国家水稻产量和品质提升的限制因素之一。因此,解析穗发芽的具体调控机制是作物基础研究和生产应用领域亟待解决的重要问题。
茉莉素作为一种重要的植物激素,已被证实在植物的生长发育、逆境响应及病虫害防御中发挥关键作用。“在前期研究过程中,我们已经发现茉莉素含量、信号传递异常会增加水稻穗发芽现象,并证实茉莉素在响应高温高湿过程中发挥抑制穗发芽的作用。”袁政团队在研究中提出茉莉素是水稻花起始发育的促进因子,有关茉莉素调控水稻生殖分生组织活性分子机理的研究论文他引近500次,相关研究论文引用次数超过4000次。
随着研究工作的积累和延伸,团队在发现茉莉素调控水稻种子休眠的基础上,将进一步围绕水稻种子生长发育过程中茉莉素含量的时空动态变化、茉莉素调控种子休眠和抑制穗发芽的分子调控网络、耐穗发芽优异等位基因位点挖掘和新种质培育开展深入研究。
袁政表示,通过挖掘和创制水稻种子休眠调控基因资源,解析种子休眠调控的分子机制,就可以选育或改良兼具收获前抵抗穗发芽危害,收获后经短暂破休处理即可快萌、出苗整齐的水稻新品种,在降低穗发芽造成的粮食损失的同时又能满足现代化直播生产需求。
为水稻新品种选育
和生产提供“基因助力”
目前,袁政团队拥有发明专利24项、水稻新品种审定5个,也有一些产量非常高的品种如“交源优69”。袁政介绍,“交源优69”作为籼粳杂交稻品种,于2014年通过上海市水稻新品种审定,其最大的特点就是“超高产”,曾创下过在上海亩产超850公斤的佳绩,而且抗逆性出色。不过,这一品种目前还存在制种产量较低等问题,影响了其进一步推广种植,这也是袁政团队在育种调控研究中正在努力解决的问题,“一旦这方面的研究有所突破,那么有希望诞生更多优质、高产的水稻新品种。”
通过与湖南杂交水稻研究中心、上海市农业科学院、金山区农业技术推广中心等育种机构合作,以专利授权等合作方式,袁政团队已经分享了多个育性基因资源和遗传材料,这些资源都将用来创制新的育种材料,并最终成为选育水稻新品种的重要一环。
展望未来,袁政相信,基因资源能够越来越多运用到实际生产应用中,真正为国家的粮食安全作出贡献。