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【中国科学报】中科院遗传发育所:实现“绿色革命”新突破

杨维才

 

遗传发育所

  

杨维才带队对海南陵水育种基地的基础设施改造和提升项目进行验收。

 

  在海南陵水县有这样一群特殊的“农民”,他们戴着草帽耕作在田间地头,皮肤因为日晒雨淋变得黝黑粗糙,表面看与当地人没什么区别。但他们并不是普通的农民,除了种地之外,还从事着分子设计育种的工作。

 

  他们是来自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)的科研人员。面对《中国科学报》记者的采访邀约,一位科研人员委婉谢绝:“我就是一个农民,工作很普通。”

 

  “我们所的科研人员都很低调。”日前,遗传发育所所长杨维才笑着告诉《中国科学报》记者,“除了农业,我们的研究还面向人口健康、生命科学前沿和国民经济主战场,希望让社会感受到我们的成果。”

 

  使命与突破

  遗传发育所最早成立于1959年,2001~2003年,由原中科院遗传研究所、发育生物学研究所及石家庄农业现代化研究所整合而成。

 

  如今,遗传发育所重点培育基因组结构与调控规律、细胞发育分化分子机理、重要农艺性状分子解析、农业生态可持续发展、前沿学科交叉五大研究方向,并牵头建设中国科学院种子创新研究院。

 

  杨维才指出:“遗传发育所正在努力打造遗传与发育生物学原始创新研究基地、生物高新技术研发基地、优秀人才培养基地和国内外具有重要影响力与核心竞争力的著名研究所。”

 

  为实现此目标,遗传发育所在“十三五”期间布局了分子设计育种、渤海粮仓科技示范工程、组织器官工程三个重大突破。

 

  首先是分子设计育种。今年1月,遗传发育所李家洋院士及其合作者获得了2017年度国家自然科学奖一等奖,获奖项目“水稻高产优质性状形成的分子机理及品种设计”由科研团队历时20年合作完成,将推动作物传统育种向高效、精准、定向的分子设计育种转变,实现了“绿色革命”的新突破。

 

  第二项突破渤海粮仓科技示范工程是由遗传发育所李振声院士倡导,2013年科技部、中科院联合河北省、山东省、辽宁省、天津市启动实施的国家科技支撑项目。

 

  杨维才告诉记者:“渤海粮仓科技示范工程立足提升盐碱地产能,是一个典型的面向国民经济主战场项目,通过品种和技术提供盐碱地系统解决方案,促使政产学研用一体化。”

 

  遗传发育所的前两项突破主要关注农业领域,第三项突破则围绕再生医学组织工程展开,关注人口健康,希望能解决一些世界性难题。

 

  遗传发育所的关注点之一是不孕不育疾病。精子、卵子受精障碍和子宫内膜瘢痕化是不孕不育的两个重要病因,这两个问题可以比喻为农业中种子与土壤关系。

 

  遗传发育所研究员戴建武领导的再生医学团队通过多年努力,利用功能胶原支架材料,复合来自孕者自体的骨髓干细胞或异体脐带间充质干细胞,对子宫内膜进行修复或促使子宫内膜再生。

 

  这一治疗方式在经过大量基础研究和动物实验后,于2013年开始在南京鼓楼医院开展临床研究。2014年7月17日,第一例子宫内膜再生临床研究婴儿在南京鼓楼医院出生。杨维才说:“这是干细胞与再生医学战略先导专项实施后的创新成果,它将造福千千万万家庭。”

 

  “十三五”期间,戴建武团队还将关注脊髓损伤修复。2018年1月2日,遗传发育所和北京中科再康生物技术有限公司签订了“中枢神经系统修复专项技术”转移转化项目。

 

  成果与应用

  水稻是世界上最重要的粮食作物之一,在我国农业生产中具有举足轻重的地位。

 

  面对提高水稻产量和品质的双重挑战,李家洋带领团队运用遗传学、基因组学、分子生物学等方法对水稻产量与品质相关的重要农艺性状的调控机理进行了系统深入的研究,并将取得的基础研究成果应用于水稻高产优质的分子育种。李家洋多次表示:“只有农民愿意种的新水稻品种才有意义。”

 

  2017年10月末,在江苏省沭阳县青伊湖农场,遗传与发育所与浙江省嘉兴市农业科学院联合育成的“嘉优中科1号”水稻完成实收测产,其中手工栽插田块亩产913公斤,直播田块亩产909.5公斤,比当地主栽品种亩产增收近270公斤。

 

  农业要做得好,种业是关键。2016年,遗传发育所联合地方政府发起成立渤海粮仓南皮种业公司。从公司的名称来看,它是为完成渤海粮仓科技示范工程任务而建立的一个服务性的实体单位。

 

  杨维才表示:“由研究所、地方政府和民营企业合作组建种子公司,是实现科技创新链与产业链无缝对接的一条有效途径。”如今,各方都在努力为渤海粮仓2020年实现增粮100亿斤目标“保驾护航”。

 

  创新与科研

  经过多年发展,遗传发育所一直在完善和改进科研工作。目前,遗传发育所下设基因组生物学、分子农业生物学、发育生物学、分子系统生物学和农业资源5个研究中心,拥有植物基因组学、植物细胞与染色体工程、分子发育生物学3个国家重点实验室,中国科学院农业水资源和河北省节水农业2个院省级重点实验室。

 

  农业研究离不开土地。杨维才指出:“在北京拿地做试验田确实有点奢侈。”遗传发育所分布在外地的野外台站解决了部分农田用地问题。

 

  发展至今,遗传发育所设有河北栾城农田生态系统国家野外观测试验站,这是国家植物基因研究中心(北京)的依托单位。另外,还设有栾城农业生态系统试验站、南皮生态农业试验站、太行山山地生态试验站、海南陵水南繁育种基地。本文开头提到的那些科研人员,就工作在海南陵水南繁育种基地。

 

  此外,遗传发育所分别在江苏扬州、浙江嘉兴、新疆石河子、天津、青岛等地建立了8个以水稻、小麦、棉花、蔬菜等为重点研发对象的分子育种联合中心;在黑龙江哈尔滨建立了中科院北方粳稻分子育种联合研究中心;在天津和呼和浩特建立了大动物(奶牛)育种基地;在海南陵水、河北赵县建立了作物繁育基地;与沈阳军区合作建设新民、老莱、盘锦育种基地。

 

  杨维才说:“我们在基因编辑领域的研究全世界领先,相关科研平台因为具有技术创新性,成为中科院所级科研平台,并服务了北京市的建设。”

 

  “十三五”正在迎来深入的国家科技体制改革。杨维才作为遗传发育所的领导者,也在思考科研单位如何去适应新的变化,“我们不仅需要有创新的科研成果,还需要让成果更好地服务社会”。

 

  (原载于《中国科学报》 2018-04-02 第5版 创新周刊)