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罗小金:稻香里的朴素梦想,揭开水稻高产优质的秘密

  □记者 施勰赟 见习记者 王珊

  复旦大学生命科学学院的一隅,当季种下的水稻遗传材料正趋于成熟,散发出淡淡的稻谷香。这里,便是遗传育种专家罗小金水稻基因研究的大本营。多年来,罗小金带领实验室十余位硕博研究生通过解析水稻高产、优质性状形成的遗传基础,突破多性状耦合的瓶颈,培育出多个优质高产水稻新品系或新品种,为保障我国粮食安全作出了重要贡献。其“LRK 基因簇产量基因的发现”研究成功入选2021年建党百年“上海科技史上的今天”系列成果,新品种培育、推广成果获2022年上海市科技进步一等奖,2023年12月,罗小金入选了东方英才计划拔尖项目。

  精准调控,突破水稻产量与品质的提升瓶颈

  一间小小的办公室,墙边的几张桌子上堆满了厚厚的书籍和实验报告,桌面的斑驳油漆已经有部分脱落,是常年伏案工作的痕迹。

  谈起水稻育种,罗小金眼中闪烁着兴奋的光芒,如数家珍般介绍起这些年的研究。

  长期以来,水稻产量与品质性状难以协调,提高产量往往会影响品质,高产优质水稻品种的培育总是呈现徘徊局面。为突破产量和品质进一步提升的瓶颈,罗小金带领的团队长期致力于从野生稻与地方品种中发掘有重大应用价值的优异基因,并阐明其精准调控机制。

  不同地域的消费者对稻米的外观和口感有着不同的偏爱,因此,水稻粒型、粒重形成的遗传机制研究,对同时提高水稻产量和改良稻米品质具有十分重要的意义。罗小金团队从一个大粒型的地方水稻品种中精细定位并克隆了一个新的控制粒重的QTL基因qTGW3、首次发现OsSK41通过互作并磷酸化生长素响应因子(ARF)来调控水稻籽粒发育,这一研究揭示了产量与品质性状竞争的分子机制,并探索了打破性状竞争的遗传改良策略,为水稻粒型和粒重的遗传改良提供了新靶点。

  分子设计育种是生物育种研究中的常用技术,相比较自然界中“开盲盒”式的基因突变,该技术能使育种过程更精准高效。“我们现在的技术可以精准到缺哪个补哪个,需要改良哪个性状就对哪个性状进行改良,目标更明确,最大化节省育种工作量,整个育种周期可缩短2~3年。”罗小金说,团队的实验目的便是将水稻的基因功能研究透彻,从而为育种团队提供前端技术支持。

  在罗小金团队的助力下,与上海市农业科学院联合培育的杂交粳稻“申优R2”“申优27”“申优42”等新品种相继问世。其中“申优42”和“申优R2”杂交粳稻新品种更加适宜上海气候条件种植,抗稻瘟病、丰产性好,已通过上海市品种审定,米质达到了国标二级优质米标准,“申优R2”已实现成果转化。

  矢志攻关,从田间地头到实验室不断穿梭

  “科学实验要求严谨,不容出错,需要高度的耐心和绝对的谨慎。但科学有时也很神奇,不经意间会遇到‘惊喜’。”罗小金说,实验室十几年前有个国外留学生因交流不畅,将一段原本应该反方向连接载体的基因结构域序列,正方向接入载体进行了遗传转化,后来看到大田中的转基因植株籽粒变大,查看实验记录才发现是研究的目标片段接反了。这个不在实验计划的实验,却意外导致了一个基因结构域片段具有增加细胞大小功能的重要发现。

  所有实验室的工作都是理想状态下的,最终要落实到大田里去检验完整性、准确性。回忆起在田间地头度过的日日夜夜,那些与水稻为伴的日子,虽然辛苦,却也让罗小金对这片土地有了更深的敬畏和热爱。

  生物育种工作大多数时候都是枯燥且重复性的,材料与资源需要一代又一代传承,周期很长,一个实验十几年都得不出结果也是正常的事。作为复旦大学生命科学学院生物育种实验室的第四代接棒人,罗小金深有体会,“科研工作切忌浮躁,必须要沉下心来,既要坐得了‘冷板凳’,也要走得出‘死胡同’,这是我一如既往对学生们的要求和期望。”

  时光荏苒,学生换了一拨又一拨,有的毕业离开,有的继续坚守,但罗小金多年如一日,带领团队奔波在水稻高产优质育种的道路上,日拱一卒,不曾停歇。“未来,我希望我们能够继续深入挖掘水稻的潜力,培育出更多高产、优质、抗逆性强的新品种。”罗小金表示。

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