——山東農(nóng)業(yè)大學(xué)推動(dòng)重大科研成果攻關(guān)紀(jì)實(shí)
張鐵成本報(bào)記者呂兵兵
日前，國(guó)際植物學(xué)領(lǐng)域頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《植物細(xì)胞》發(fā)表了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)校長(zhǎng)張憲省教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)“激素調(diào)控植物干細(xì)胞活動(dòng)分子機(jī)理”的研究成果，標(biāo)志著我國(guó)在該領(lǐng)域達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。
而在今年4月28日，國(guó)際著名學(xué)術(shù)期刊《自然通訊》發(fā)表了小麥研究領(lǐng)域的一項(xiàng)重要成果：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)付道林教授領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)在太谷核不育小麥研究方面取得重大突破，成功克隆了太谷核小麥雄性不育基因，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了探討。
山東農(nóng)業(yè)大學(xué)位于泰山腳下的泰安市，屬于典型的在小城市里辦大學(xué)，卻能夠在短期內(nèi)連續(xù)取得重大科技突破，奧秘何在？這些科技突破能夠發(fā)揮哪些重大作用？帶著這些問(wèn)題，記者到山東農(nóng)大進(jìn)行了深入采訪。
突破60年瓶頸，揭示激素調(diào)控植物干細(xì)胞機(jī)理
“植物生長(zhǎng)依賴于干細(xì)胞，而干細(xì)胞又靠激素來(lái)進(jìn)行控制。我們這項(xiàng)研究成果的意義，就在于破解了激素調(diào)控干細(xì)胞的‘密碼’，能夠?qū)崿F(xiàn)通過(guò)激素調(diào)控干細(xì)胞的產(chǎn)生。”張憲省教授介紹說(shuō)。
據(jù)了解，早在1957年，科學(xué)家就發(fā)現(xiàn)外源細(xì)胞分裂素和生長(zhǎng)素能夠誘導(dǎo)干細(xì)胞再生，但60年來(lái)科學(xué)家都不清楚其作用機(jī)理，因此大多數(shù)農(nóng)作物、林木和花卉難以建立離體再生系統(tǒng)，也無(wú)法進(jìn)行離體繁殖和基因工程操作。
張憲省團(tuán)隊(duì)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的研究已進(jìn)行
了20多年。他們不斷采用細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)、生物化學(xué)等各個(gè)方面的研究手段，證明了B類細(xì)胞分裂素響應(yīng)調(diào)節(jié)因子ARRs對(duì)干細(xì)胞決定基因WUSCHEL有直接調(diào)控作用，且該調(diào)控作用不僅可以發(fā)生在離體培養(yǎng)的組織中，在正常生長(zhǎng)的植物體內(nèi)也具有該功能。
據(jù)介紹，這一發(fā)現(xiàn)為在更大范圍進(jìn)行植物離體快繁、開(kāi)展生物育種、推動(dòng)工廠化生產(chǎn)等提供了有力的理論支撐。離體快繁方面，以牡丹為例，現(xiàn)在還是以分枝繁殖為主，規(guī)模小、成活率低，且難以進(jìn)行雜交等其他方面的育種。該技術(shù)突破后可以掌握它的生長(zhǎng)機(jī)理，在源頭上用組織培養(yǎng)等手段進(jìn)行馴化，大大加快實(shí)現(xiàn)離體快繁的進(jìn)程。生物育種方面，可助推基因工程的發(fā)展，大幅提高生物育種的準(zhǔn)確性，縮短育種周期，提高育種質(zhì)量。
“有了這一理論成果做基礎(chǔ)，在未來(lái)的一到兩年內(nèi)，就會(huì)有大量的應(yīng)用成果出現(xiàn)，特別是能夠廣泛應(yīng)用在目前處于瓶頸期的林木、果樹(shù)、花卉等經(jīng)濟(jì)作物領(lǐng)域。”張憲省說(shuō)。
跨越45年障礙，克隆“國(guó)寶級(jí)”雄性小麥不育基因
小麥屬于自花授粉作物，由于遺傳基因貧乏，后代產(chǎn)量難以提高。要攻克這一難題，必須在全國(guó)尋覓一株天然不育小麥。1972年，山西太谷縣農(nóng)民技術(shù)員高忠麗在小麥大田中發(fā)現(xiàn)了一株雄性不育株，并保存下來(lái)。
該不育株是在小麥中首次發(fā)現(xiàn)的天然突變體，被命名為太谷核不育小麥。
依靠這株小麥，截至2009年，全國(guó)建立矮敗小麥輪選群體210個(gè)，育成品種42個(gè)，推廣面積1.85億畝，增產(chǎn)糧食56億公斤。因此，太谷核不育基因Ms2屬于“國(guó)寶級(jí)”基因，為確保對(duì)該基因的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，國(guó)家傾注了大量人力物力來(lái)克隆該基因。
2000年，山東農(nóng)大孫蘭珍團(tuán)隊(duì)在國(guó)家自然科學(xué)基金資助下，開(kāi)展Ms2基因的遺傳標(biāo)記研究。2008年，付道林受邀從美國(guó)來(lái)到山東農(nóng)大工作，成為“泰山學(xué)者”特聘教授。在得知孫蘭珍長(zhǎng)期從事太谷核不育小麥基因的利用研究后，付道林主動(dòng)參與，于2010年開(kāi)始利用圖位克隆技術(shù)進(jìn)行Ms2基因的克隆研究。
“小麥上圖位克隆成敗的關(guān)鍵，取決于是否能夠建立目標(biāo)基因所在區(qū)域的物理圖譜。”付道林說(shuō)。為此，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了“矮敗魯麥15”的基因組人工染色體文庫(kù)，利用Ms2區(qū)域的特異標(biāo)記，篩選并獲得了8個(gè)陽(yáng)性克隆，成功建立了Ms2區(qū)域的物理圖譜，分離到太谷核不育Ms2基因，并通過(guò)反向遺傳學(xué)驗(yàn)證了該基因的功能。2015年6月，山東農(nóng)大向國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交了該基因的發(fā)明專利申請(qǐng)。
“Ms2基因的獲得，對(duì)于植物分子育種，尤其是重要糧食作物的雜交制種意義重大。”付道林說(shuō)，“希望能組織科研力量進(jìn)一步拓展該基因的應(yīng)用空間，發(fā)揮自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)基因的長(zhǎng)遠(yuǎn)應(yīng)用價(jià)值。”
肩負(fù)使命擔(dān)當(dāng)，學(xué)校支持與團(tuán)隊(duì)堅(jiān)守相得益彰
付道林告訴記者，在克隆Ms2基因的科研攻關(guān)中，研究生是工作的主力。為了完成研究，博士生倪飛一再延期畢業(yè)，在這個(gè)項(xiàng)目上整整做了6年。
山東農(nóng)大林學(xué)院副教授桑亞林參與張憲省團(tuán)隊(duì)研究已有7個(gè)年頭，長(zhǎng)期難以出成果，不知前路在何方，考驗(yàn)著團(tuán)隊(duì)的每一位成員。“可以說(shuō)，我們沒(méi)少受到同行的冷眼與嘲笑。但也正是通過(guò)了寂寞和忍耐的考驗(yàn)，才等來(lái)了最后的成功。”桑亞林說(shuō)。
說(shuō)到這里，張憲省神情嚴(yán)肅，他告訴記者：“做基礎(chǔ)研究就要做到在寂寞中堅(jiān)持，在忍耐中守望。要有明確的方向，要圍繞國(guó)家的重大需求立項(xiàng)攻關(guān)，不趕時(shí)髦、不做‘快餐’，只希望研究成果對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步發(fā)揮作用。”
采訪發(fā)現(xiàn)，山東農(nóng)大科研團(tuán)隊(duì)的這種精神，不是個(gè)例，而是一種氛圍。這種氛圍的營(yíng)造，得益于學(xué)校多年來(lái)的培育和支持。學(xué)校把“學(xué)術(shù)至上”作為辦學(xué)理念，建立完善了重大科研項(xiàng)目和高水平科研成果培育機(jī)制，不搞急功近利，不看單一指標(biāo)，倡樹(shù)“十年磨一劍”的科研品質(zhì)。為鼓勵(lì)潛心從事農(nóng)業(yè)科研，山東農(nóng)大明確了以“五個(gè)優(yōu)先”為代表的系統(tǒng)性支持舉措，整合人才、經(jīng)費(fèi)、項(xiàng)目等資源，實(shí)現(xiàn)人財(cái)物全面支撐。優(yōu)先引進(jìn)和配備農(nóng)業(yè)科研人才團(tuán)隊(duì)，支持農(nóng)業(yè)專家招收博士研究生等人才資源；從事農(nóng)業(yè)科研的專家優(yōu)先推薦申報(bào)泰山學(xué)者、國(guó)家百千萬(wàn)人才工程等高層次人才計(jì)劃；農(nóng)業(yè)科研項(xiàng)目?jī)?yōu)先申報(bào)國(guó)家和省農(nóng)業(yè)科技計(jì)劃、獎(jiǎng)勵(lì)和重點(diǎn)項(xiàng)目；農(nóng)業(yè)科研項(xiàng)目?jī)?yōu)先使用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、公共平臺(tái)及建設(shè)試驗(yàn)示范基地；優(yōu)先解決從事農(nóng)業(yè)科研專家亟需實(shí)驗(yàn)設(shè)備的招標(biāo)采購(gòu)等。
“山東農(nóng)大已走過(guò)了111年的風(fēng)雨歷程，擁有國(guó)家級(jí)重點(diǎn)學(xué)科兩個(gè)，國(guó)家級(jí)創(chuàng)新平臺(tái)5個(gè)，國(guó)家部委依托建設(shè)的創(chuàng)新平臺(tái)12個(gè)；這里走出了8位兩院院士，獲得過(guò)包括國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)、國(guó)家教學(xué)成果特等獎(jiǎng)在內(nèi)幾十項(xiàng)國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，這些成就在省屬院校里是不多見(jiàn)的。”山東農(nóng)大黨委書(shū)記徐劍波說(shuō)。
采訪結(jié)束之際，山東農(nóng)大又在科研領(lǐng)域獲得新突破。張彥團(tuán)隊(duì)成功揭示了助細(xì)胞液泡酸化調(diào)控植物育性的分子機(jī)理，為深入理解植物有性生殖過(guò)程提供了重要理論基礎(chǔ)。在稻瘟病防治領(lǐng)域，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)功能材料》發(fā)表了劉峰團(tuán)隊(duì)的研究成果，該技術(shù)已經(jīng)獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)，已有企業(yè)與團(tuán)隊(duì)洽談成果轉(zhuǎn)化，意味著稻瘟病即將有更安全有效的防治藥劑。
