他找到了治疗小麦“癌症”的“特效药”

  他找到了治疗小麦“癌症”的“特效药”

他找到了治疗小麦“癌症”的“特效药”

  受访者供图

  人物档案

  孔令让,山东农业大学农学院院长、“泰山学者”特聘教授、博士生导师,国家小麦改良中央山东分中央主任,山东省现代农业产业手艺系统小麦创新团队首席专家,山东省农作物品种审定委员会常委兼小麦专业委员会主任,山东遗传学会理事长。先后在《科学》等期刊揭晓论文100余篇,出书课本专著2部;主持或加入审定小麦品种7个,推广面积累计5000多万亩;乐成克隆小麦抗赤霉病基因Fhb7并探明其解毒机理,该功效在多个科学层面取得要害性突破,使我国在该领域研究走在国际前列。

  全球首次从小麦近缘植物长穗偃麦草中克隆出抗赤霉病要害基因Fhb7,并展现了其抗病分子机制,为粮食提质增产再添重磅砝码——

  克日,《科学》杂志封面文章刊登了山东农业大学孔令让教授团队在小麦赤霉病研究领域的重大功效,这也是我国小麦研究领域在《科学》上揭晓的首篇文章。

  小麦赤霉病堪称小麦“癌症”,是全球小麦生产中面临的重大病害,也是威胁天下粮食生产和食品平安的重大难题。该团队在全球首次从小麦近缘植物长穗偃麦草中克隆出抗赤霉病要害基因Fhb7,并展现了其抗病分子机制,这为解决小麦赤霉病这一天下性难题找到了“特效药”。这是继2019年南京农业大学马正强团队克隆出抗赤霉病Fhb1基因后,我国科学家在此领域的又一重大突破。

  为了这一天,孔令让及其团队已经耕作了35年。

  把种质资源掌握在自己手里

  初夏的野外,在阵阵微风的吹拂下,正待干透的麦秆和叶片沙沙作响,好像向人们讲述着丰收的新闻。天天六点多到麦田里转一转是孔令让多年的习惯,这位海内着名专家可以“听得懂”小麦的声音,“摸得透”小麦的渴求。

  孔令让告诉科技日报记者,小麦赤霉病除了让小麦减产毁质外,它发生的吐逆毒素还被天下卫生组织定为三级致癌物,可引起人畜中毒。

  孔令让研究发现,小麦近缘植物长穗偃麦草7E染色体长臂末尾携带抗赤霉病主效基因,并把该基因命名为Fhb7。历经抗病基因初定位、精致定位、图位克隆、抗病分子机制剖析等历久探索,该团队最终乐成将该基因转移至小麦品种,并明确了其在小麦抗病育种中的稳固抗性和应用价值。

  “Fhb7基因是禾谷类作物种质改良和创新的难过基因。”“杂交水稻之父”袁隆平院士以为,Fhb7基因的发现和其抗病机制剖析对水稻、玉米等作物育种同样具有重要意义。孔令让以为,这一研究的重要意义还在于“我们把小麦抗赤霉病种质资源牢牢掌握在了自己手里”!

  孔令让坦陈:“我们农业科研人员,总说要保障国家粮食平安,平安应该有两层寄义,一个是量的平安,另一个就是质的平安。我们找到这个基因,能抗赤霉病,剖析吐逆毒素,就是在报效祖国。”

  一句朴素的话,诠释出科学家的拳拳爱国之心。

  同一个实验做了至少30万次

  做小麦杂交,尤其是远缘杂交研究,事情仔细而繁重。业内人士常常用一句话形容,“黎明时下地,晴天一身汗,雨天一身泥。”

田怀玉: 用模型预测新冠肺炎疫情风险

1月至3月中旬,田怀玉研究组共向中央领导层提交疫情分析报告3份,向北京市市委市政府提交预测分析报告19份,为政策决策、医疗资源和支援物资的调配提供了支撑。田怀玉告诉科技日报记者:“根据传染病预测模型的经典理论测算,当时武汉疫情风险已经很高。

  偃麦草,小麦的近缘植物。挖掘出偃麦草、粗山羊草、野生二粒小麦等的优异基因导入小麦里,提升小麦抗性和品质,厚实种质资源,这便是孔令让的科研门路,但难点许多。

  例如,偃麦草是小麦近缘植物,二者染色体间难以自由交流,因此难以获得重组体。再好比,每年大田通例杂交要做一两千个组合,一个组合要做4个穗子,每个小穗保留两朵小花,每朵小花里三枚花药都要去掉雄蕊,一枚一枚捏出来,可想而知这个事情量有多大。孔令让说,做杂交就是这样,稀奇辛劳繁琐。

  “取得重大功效是人人通力合作的效果,学生们也支出许多。他们晚上10点前没离开过实验室。”据论文第一作者和配合通讯作者、山东农业大学农学院博士生导师王雄伟先容,自2016年以来,团队共剖析了2.5万株实验小麦,还将重复性的DNA扩增实验做了至少30万次。“做科研就要耐得住寥寂。要求每一步必须百分之百准确,一点错都不能有,这实际上也把学生累得够呛。”王雄伟说。

  “最难的照样缺钱,我们课题组把所有的钱都用在课题上。”孔令让说。

  约莫40年前,偃麦草被山东农业大学引入并列为小麦杂交育种的优良质料。孔令让硕士时代的课题研究就是围绕偃麦草染色体片断若何导入普通小麦而睁开。那时,细胞遗传学很热,但在此之前,三四届师兄师姐的起劲都没有乐成,面临难题和挑战,导师也几回询问他是否换个问题,但他坚持再试一试。

  “一根针,一台镜,用手敲,用眼蹬”,就是孔令让的事情状态。

  他回忆,“做压片,取根是要害的第一步。我就薄暮去地里浇水,第二天一早把根挖出来,这时候根对照粗壮,异常好用,天天事情到下昼两三点钟才去用饭。那时的显微镜倍数不高,但能用,以是需要‘用眼蹬’;剖解针很尖,利便取材,然则压强过大容易破坏片子,我就把它弄断,再拿到石头上磨平,好用多了,整个片子上都能看到清晰的细胞分裂相。”

  终于,偃麦草染色体及其片断被孔令让乐成导入普通小麦品种。但在科研的长征路上,这只是“迈出了一小步”。

  “田间选材感受像是在淘宝”

  小麦远缘杂交结实对照难题。

  譬如,小麦与粗山羊草杂交需要通过幼胚拯救方能成苗,每年春季,孔令让团队在大田要做几千个杂交穗子,一个穗子上约莫30个小花,算下来就是十几万枚小花,这内里能获得一两千个幼胚,然后再通过幼胚培养成苗。

  “田间选择质料感受就像是在淘宝,每选到一份好质料还想看下一个,以为后面另有更好的,总要选出最好的。”孔令让说。“选出最好的”,意味着大量的支出。为了打破抗赤霉病基因Fhb7和叶黄素基因Psy之间的连锁,该团队用了整整一年时间,通过分子符号辅助选择和抗赤霉病接种判定,完成了21000株Fhb7基因杂合体自交后裔的基因型选择和抗病判定事情,最后找到了2株打破了这两个基因慎密连锁的小麦植株,获得了赤霉病抗性优越且面粉色泽亮白的小麦—长穗偃麦草短片断易位系。

  失败乃乐成之母。但对科研人来说,若是恒久地起劲换来“功亏一篑的袭击”,那么,再度复盘、重整旗鼓更需要一颗壮大的心脏。

  在追溯该基因的进化历史时,孔令让团队频频对基因组序列举行对照剖析,效果在整个植物界没有发现Fhb7的同源基因,却在偃麦草的共生菌——香柱内生真菌中发现了同源性高达97%的基因。

  “我们第一时间嫌疑可能是基因组组装被内生真菌污染了,异常沮丧,由于这意味着这几年的起劲所有白费了。然而过了几天,我们又对差别的偃麦草和遗传重组体举行数据剖析,发现该基因的有无与植物的抗、感病表型显著相关,让我们意识到这个候选基因是真正的Fhb7。”孔令让说,这个沮丧与兴奋交织的故事,让科研充满着挑战和兴趣。

  “孔教授团队‘心有大我’的家国情怀、‘十年磨剑’的科研品质和‘集智攻关’的协同精神值得全校科研事情者学习。”山东农业大学党委书记徐剑波的这句评价,透露出3个要害词,而“集智攻关”也是孔令让一直强调的。

  “从2008年我就可以要助手,但考察了四年,终于在2012年等到了王雄伟。他是生物手艺身世,做了许多要害性事情;2019年头孙思龙来学校事情,他善于基因组学,剖析基因稀奇在行。”王雄伟、孙思龙同为论文第一作者,为功效的攻克起到了至关重要的作用。

  孔令让说,团队接下来的事情是加速品种的审定。“现在已有多个小麦新品系进入了国家和省级准备试验和区域试验,明年最先就会陆续泛起含有携带Fhb7基因的新品种。审定了品种,就可以给老百姓用了。”

【编辑:陈海峰】

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