18年科研长跑！央视关注这篇Science文章

央视新闻直播间报道中国农大与华中农业大学玉米研究团队合作研究成果

北京时间3月25日凌晨2：00，中国农大与华中农业大学玉米研究团队合作研究成果在美国《科学》杂志发表。

这是一项关于玉米和水稻“趋同选择”研究的重大成果。

成果是“顶天”的，从基因组层面对科学界多年争论的趋同选择规律有了全面的认识；成果又是“立地”的，通过基因编辑能分别提高10%玉米产量和8%水稻产量，为保障国家粮食安全提供重要科技支撑，未来老百姓碗里会悄然多些“中国粮”。

“顶天”与“立地”之间，是一个大写的科学“人”。

这是一场持续18年的科研“长跑”，几代学人为了实现这一重大突破，不断激扬梦想、追求卓越，为了探寻科学真理孜孜不倦……

来自墨西哥的“PCR板”

时间回到2004年的夏天。中国农大李建生教授带领时为讲师的严建兵和博士生杨小红还有众多学生在国家玉米改良中心门口留下了一张合影，师生笑靥如春。

也正是那一年，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。于是，一幅探索黍稻选择奥秘的画卷就这样徐徐打开了。

两年后，大洋彼岸的玉米起源地墨西哥，风景秀丽的国际玉米小麦改良中心（CIMMYT）科研热火朝天。前来开展博士后研究工作的严建兵敏锐地意识到，只生长在墨西哥的野生玉米（大刍草）中可能存在着更多宝贵的遗传资源！天时地利人和，他提取了百余份大刍草材料的DNA，并精心保存在PCR板中，为今天在全基因组水平解答这个问题奠定了基础。

“虽然是最简单的DNA提取实验，但从根本上决定了现在研究成果的基本水平，”华中农大洪山实验室杨宁说，“这是富有远见的实验。这批DNA在提取15年后的今天，仍然质量如新，并不断被用于各类前瞻性研究。”

育新机、开新局，科学研究也是赛跑。一次，杨宁跟随导师严建兵在美国参加第58届玉米遗传学大会后发现，国外同领域研究似乎投入不足、成本较高，但在国内相关测序却相对低廉快捷。“如果能尽快拿下基因组数据权，可能就意味着可以赶超！”

2016年3月，一架从佛罗里达州飞往北京的航班上，师生两人热烈讨论加速玉米基因组测序工作。因为太困，学生杨宁说了想法后就立即睡着了，老师严建兵却激动得怎么也睡不着，凌晨两点，他拿出电脑敲下了一行字：“基因组大数据驱动作物遗传改良……”

▲2004年团队合影（第二排右一李建生 后排左一严建兵 前排中杨小红）

▲2008年，美国第五十届玉米会议，李建生，国际玉米学术界领袖之一Ed Coe和严建兵合影

▲2019年3月，杨小红、陈文康、张璇来华农与严建兵交流研讨留影

科研也得益于国内新技术的更新换代。彼时，高通量测序兴起，杨宁和陈露博士通过大量工作，很快就掌握了大量数据。

2015年，经严建兵教授引见，中国农大杨小红教授和来自美国冷泉港国家实验室也是我校讲座教授的David Jackson见了面，他是玉米果穗发育方面的行家，一番讨论让杨小红眼前一亮，大胆确定了候选基因。此后每年都要进行讨论，这让研究踏上了快车道。

更大突破出现在2017年前后，那时，中国农大杨小红和陈文康、张璇博士已经克隆了相关的关键基因，并通过分子生物学研究，突破了玉米和水稻中的表型，证实玉米和水稻中同一个基因有相同的生物功能。更有意思的是，他们发现该关键基因与一个未知的蛋白互作，在水稻和玉米的途径调控也相同。

这与杨宁通过比较基因组学所发现的玉米和水稻中的基因受趋同选择的信号不谋而合！

2019年1月，中国农大杨小红办公室，杨宁专程前往讨论交流。3月，杨小红和陈文康、张璇一起来到华中农大与严建兵团队长聊，共同描绘着从单基因和全基因组两个层次上解析玉米和水稻趋同选择的“故事框架”。

在陈文康博士记忆里，从那时开始的3年里，两校团队围绕课题进展交流不断。他们的节奏是，有工作立马交换意见，每每遇到重要讨论立马开视频商议。

随着研究的深入，2021年双方利用组学大数据，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。

“科研就是一颗酸柠檬”

“罗马城不是一天就建好的”，科研亦是如此。

2004年12月，湛蓝天空之下，海南玉米繁育基地长势正好。李建生已经在这里呆了好几天，他亲自动手组配玉米自交系Mo17与玉米野生种大刍草的杂交种。

这一坚守就是5年，他往返于海南与北京，不停回交与自交，李建生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。为团队后续开展玉米重要产量性状形成的遗传基础和驯化机理奠定了材料基础。

这种科研精神也似乎有“师承”，每当学生有困惑的时候，严建兵总会拿自己的老师李建生的故事来激励同学们。他说，他永远不会忘记李老师对他科研之路的指引和学习生活的关照。2003年刚博士毕业的他就被遴选为武汉市某单位副处职公务员岗位，而导师李建生的建议却是“不要去，那个地方的‘舞台’太小”，严建兵深知老师关于“舞台”的含义，这一人生建议一直激励和影响着严建兵。

2013年11月，突如其来的“海燕”台风来袭，南繁基地第一批播种的用于QTL精细定位的玉米苗全部被损毁。为赶进度，中国农大杨小红放弃了春节休假，和陈文康等在田间持续开展玉米授粉和表型鉴定工作。

几乎同时，自称“种田农民”的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。其实，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”。

在中国农大张璇看来，团队从主要擅长的玉米基因组学到学习全新的基因功能解析和雌穗发育，他们经历了一次次“蜕变”。据她回忆，从2015年第一次扫描电镜到2016年安排她到华中农大学习拍摄，再到2017年天刚亮就取玉米幼穗然后到中国科学院遗传与发育生物学研究所拍摄，杨老师带领他们摸索改进，一直坚持到2019年成果出现。

“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。

▲杨小红、陈文康在实验田工作（本图来自新华网）

▲校党委书记高翅和严建兵在南繁基地（通讯员 李金发 摄）

“严老师虽然在华中农大，但若干年来一直致力于两校的资源共享；而杨老师的严谨、认真和坚定，让团队更加笃信笃行。”最让学生感动的，无疑是两地两校老师的精诚合作，他们共同成就了彼此、成就了科研。

“科研就是一颗酸柠檬”，文章共同第一作者、刚从严建兵课题组毕业去中国科学院遗传与发育生物学研究所从事博士后研究的陈露回忆到，群体分析往往会不断修正和颠覆，有时候几个月的心血会被瞬间推翻……但她又接着说，“我们要学会把酸柠檬做成一杯好喝的柠檬水，推翻了，其实也就离成功不远了……”

即便到了最后投稿过程，在杨宁看来也是极其不易的事情。审稿人提出应该丰富野生水稻的数据，“当我们正感觉错愕的时候，李老师、严老师和杨老师立即组织和调动资源，收集和测序，完美回答了疑问。”

“偶尔心态上也有想过放弃，但老师们的鼓励和解惑，一次次挽救了我们的心态，最后终于‘修成正果’。”杨宁说。

其实，他们的合作成果远不止《科学》这一篇。近年来，两地两团队围绕玉米复杂性状的遗传解析这一重大主题发表了近百篇高质量合作研究成果，2016年师生三人共同获得国家科学技术发明二等奖。

“携手建设‘大食物观’”

“是金子在哪都发光：玉米和水稻驯化中趋同选择”，3月25日，李家洋院士在植物学报发表长篇评论，高度赞扬了这个研究成果，这个意味深长的题目让研究者满是感动。

而就在文章发表前，中国科学院院士、华中农业大学张启发教授也拿来了文章细细研读。其实，几年前当他得知团队在做趋同研究的时候就特别认可，并默默关注着、支持着。

不止他们。Science 同期以“提高作物产量的新基因诀窍来自古代农民”为题进行了专业解读，全球数十家媒体予以跟踪报道。中国中央电视台、新华社、光明日报、中国科学报等也行进行了全面的新闻解读。

文章的发表似乎也很“应景”。当下，“藏粮于地”“藏粮于技”“大食物观”正成为“热词”，怎么保障中国的粮食安全，让中国老百姓碗里装的是中国粮，这是科学家们孜孜以求的工作。

▲严建兵（一排左一）、陈露（一排左二）、杨宁（后排右一）与实验室成员合影

数据表明，玉米是基础粮食，是能量基本来源，大量用作饲料，这实际上夯实了“大食物观”和“藏粮于技”的基座。而基础研究的演进，对于推动粮食产量的提升则起到了很重要的作用。

从基础研究到应用研究，再到产业化、商业化有一个过程，但严建兵说，“好比小孩走路，迈好第一步，后面就顺了……”

北京，中国农业大学校内的中国玉米改良中心整饬一新，几代人矢志玉米研究，力图通过玉米种业改良以臻粮食安全。千里之外的武汉，洪山实验室正以生物种业科技创新为核心，致力于提供对人类和地球都健康的食品。

趋同研究的成果像一块石子，在两地不断泛起科研的涟漪；又如一粒种子，静待生根发芽。

需要再次说明的是，在理论上，它阐明了玉米和水稻数千万年来驯化改良所遵循的共同规律，可谓“殊途同归”；在应用上，可以让玉米和水稻的产量分别提高10%和8%，对保障国家粮食安全有重要现实意义。

团队成员说，其实水稻和玉米更遥远的故事发生在大约在一万年以前，今天的研究让它们之间的奥秘再次被揭开，未来的故事还有很多很多……

而所有这些工作，都正在或即将共同致力于丰富和发展“大食物观”的内涵与外延。

来源丨华中农业大学官方微信（微信号：hzau_news_center）

编辑丨农财君

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