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18年,三代人!他们发现玉米增产关键基因

2022年04月09日10:11 | 来源:人民网-教育频道
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人民网北京4月9日电 (记者孙竞)近日,中国农业大学与华中农业大学玉米研究团队合作研究成果在《科学》杂志发表。研究首次挖掘出同时控制玉米和水稻产量性状的关键基因。试验表明,经过基因编辑的新品系可以增加约10%的玉米产量和约8%的水稻产量。

记者了解到,为了发现可以增产的基因、探索作物演化的奥秘,三代玉米科研人苦苦追寻了十八个春秋。

时间追溯到2004年,中国农业大学教授李建生带领团队搜集了玉米野生资源,并选育了表型稳定的穗行数为六行的特异材料,组配了分离群体,定位了关键QTL。之后的5年间,他往返于海南与北京,不停回交与自交,带领了一个又一个的研究生,不断摸索寻找最合适的组配亲本,并经历数年最终创制了稳定的分离群体,定位了几个关键位点。

作为李建生教授的博士生,中国农业大学教授的杨小红曾是团队中最出色的研究生之一。2013年11月,受“海燕”台风影响,第一批播种的用于QTL精细定位的玉米苗全部被损毁。为了不耽误研究进展,团队重新播种了所有材料,授粉时间刚好碰上2014年春节。杨小红毅然决然选择留守海南,在田间开展玉米授粉和表型鉴定工作,度过了一个不平凡的春节。

与此同时,李建生教授联合培养的博士研究生、自称“种田农民”的华中农业大学教授严建兵也来到南繁基地,和师生一起同劳动、同学习、同生活,开展研究工作。每到南繁基地种管收重要时间节点,他们便成为了“候鸟”,定时“迁移”。

无论在精细定位过程中还是在基因功能验证过程中,基因型检测和表型的调查是最主要的两部分,对田间性状的调查提出了更高的要求。多年来,科研团队克服各种困难,在田间开展了大量的工作,播种的地点从东北铁岭到西北巴彦淖尔,从首都北京到海南三亚。

“从2013年海南三亚开始,平均每一代需要种8000株左右的玉米,最高时是在2017年,在内蒙古巴彦淖尔种了超过一万株。截至2020年,团队在海南一共种植了15代,也就是12万株玉米,占地30亩。大量的田间表型数据为获得准确的基因定位结果奠定了坚实的基础。”杨小红说。

2015年夏天开始,杨小红带领张璇等学生一步步摸索前行。当团队第一次用扫描电镜观察玉米幼穗时,拍出来的幼穗失水过快导致顶端有凹陷,无法达到最佳效果。他们不断总结经验,反复拍摄,历时两年,终于获取了玉米幼穗发育的完美扫描电镜的照片,

“每天天不亮开始取样,平均每天400株左右,8个小时处理完……”张璇回忆起那段岁月很感慨,为了保证样品的完整性和准确性,实验室成员更是全体出动,协力完成采样和电镜拍摄任务。

随着研究的不断深入和两校团队的精诚合作,2021年,中国农业大学与华中农业大学团队利用组学大数据,在全基因组水平描绘了玉米和水稻趋同选择的整体图景,逐渐揭示了物种选择殊途同归的“奥妙”,把发现推向国际学界舞台。

谈到研究论文的发表,杨小红说:“从李建生教授到我,再到我的学生张璇,我们走了18年,我们坚守了三代人。现在我们是做出了一些成果,但我们还有很多诸如玉米穗行数演化机制等科学问题都没有完全揭示,我们接下来还要继续再研究,进一步为我国玉米育种事业做出一点我们的贡献。”

(责编:孙竞、丁涛)

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