李娟：编辑种子基因的剪刀手

李娟（右一）和团队成员观察育种情况 记者 傅 军/摄

“这一批水稻材料长势喜人，有不少已经可以收种了。”3月25日，李娟从海南省三亚市的南繁基地传来好消息。每年，李娟和团队都会将从我省收获的水稻材料送往南繁基地进行繁殖和选育，这样一年可以繁育两到三代，加速育种过程、缩短育种年限，并鉴定育种材料的性状。实地考察育种材料的生长情况，李娟的内心十分忐忑，因为这是对她和团队科研成果最直观的检验。

“按照传统的育种方法，改良一个品种可能需要几年甚至十几年的时间。而基因编辑技术的出现，让更加快速、精准的基因调控变成了现实，可以将育种年限缩短为2至3年”。“85后”李娟，现任安徽省农业科学院水稻研究所研究员、生物技术研究室副主任、作物基因编辑研究中心主任，主要从事水稻基因编辑技术的建立、优化与应用以及水稻特异型启动子的挖掘和功能鉴定等研究。

走进安徽省农科院水稻所的基因编辑实验室，这支平均年龄30岁的科研团队正夜以继日、宵衣旰食，利用现代化的育种“利器”，不断修改、调整水稻自身的基因组，精准实现水稻种子具备高产、优质、抗病等基因。抢抓基因编辑这一生物育种核心技术赛道，李娟和团队已经坚持了十多年。团队利用具有自主知识产权的水稻基因编辑技术，已经实现对水稻五十多种主效基因不同形式的改良，创制了百余份优质水稻种质资源。

“基因剪刀”迭代育种技术

粮安天下，种业为“芯”。种业作为农业的“芯片”，对产业的发展至关重要。在生物育种技术中，相比于诱变育种、杂交育种、分子标记辅助选择育种以及转基因育种技术等，基因编辑技术已经成为生物育种领域公认的最先进的现代育种技术。

“基因编辑是改变目标基因序列的技术，就好比对文本进行修改一样，首先要把想要修改的地方找出来，然后使用工具，按照修改的意图，插入、删除或者改写部分内容。”采访中，李娟将基因编辑技术形象地比作“基因剪刀”，“基因编辑核酸酶Cas蛋白”这把“剪刀”能够精准剪切生物体遗传物质，实现对生物基因组的精准微调，从而加速培育出具备高产、优质、抗病等优异农艺性状的作物。

李娟告诉记者，一株水稻有3万个基因，而基因编辑技术可以通过精确地编辑基因获得一棵全新的水稻苗，周期一般只需要三个月，所以基因编辑技术是改良水稻品种的“利器”。但长期以来，一些基因编辑技术的核心专利被少数国家垄断。为了推动实现“种业科技自立自强、种源自主可控”的目标，她和团队一直专注于研究作物高效精准基因编辑工具的开发和应用。

十多年来，这个年轻的“基因剪刀”团队围绕水稻基因编辑技术开展理论和方法学创新，在国际上率先建立植物非序列依赖性基因编辑工具盒和植物引导编辑精准编辑系统；发现了SpCas9变体自编辑效应及揭示其决定机制，在基因编辑理论研究中做出重大原创理论突破；通过2次技术迭代，建立了水稻高效引导编辑工具，实现中长片段序列定点插入；开发了作物高效基因编辑工具20余套，向国内外多家科研单位和企业分发150余份，用于水稻、小麦、番茄等多种作物的基因编辑。

没有捷径 唯有脚踏实地

路虽远，行则将至；事虽难，做则必成。

“农业科研出成果慢，这是一场考验责任心、耐力、毅力与奉献精神的长跑”。或许是自小在农村长大的缘故，李娟一直对农业科研保持浓厚的兴趣。2009年进入省农科院工作，之后读博、再次回到省农科院，她始终专注于种业科研的方向。“兴趣是最根本的原动力，努力是成功的基石，责任和担当是前行的驱动力”。由于从事农业基础科学研究，李娟和团队的大多数工作都是在实验室里完成，为了攻克一道又一道科研难题，他们没有节假和休息日，常常从清晨忙到深夜。

“科学实验就是一个‘现象观察——分析判断——总结改进’的过程，从事科学研究就要不断提高自己的分析判断能力，持续创新，这是一个合格科研工作者不断进步的过程”。李娟回顾，2019年6月，在其科研前辈魏鹏程研究员的带领下，她在水稻中测试SpCas9-NG和SpCas9两种“基因剪刀”的效率。为了防止样品混淆影响实验结果，她对转化不同“基因剪刀”的种子的愈伤组织进行测序，发现SpCas9-NG产生了和预期不一样的结果。

“面对这种情况，我起初怀疑可能是实验操作失误造成，可是经过反复的验证，结果还是一样”。这时候，魏鹏程研究员开始大胆假设，这种情况可能是一种全新的现象，前人未曾发现也未曾报道过的。由于没有参考，如何解释和解决这个现象成了难题，李娟和团队开始探索新的技术手段。经过一年半的反复验证，该现象终于得到了合理的解释和有效的避免，研究成果也得以在《自然—植物》杂志上发表。这项为数不多利用植物系统完成的基因编辑理论原始创新，带给李娟和团队很大的鼓舞，也让她意识到不能忽略实验中任何一个现象和细节，只有心无旁骛保持初心、不畏困难勇于挑战的科研态度，才能取得一点一滴的突破。

“做科研没有捷径可走，唯有脚踏实地”。2019年，为了培育具有自主知识产权的抗除草剂水稻种子，李娟和团队创建了高效的基因饱和突变技术，对市场上常见除草剂的靶标基因进行人工进化。“我们花了一年的时间才创建出培养基上的除草剂筛选体系，随后对一万个愈伤组织进行转化筛选，运气好的话才能筛出来一个新的基因位点，大部分筛选出来的基因位点都是重复的或者已经被其他科研团队报道过的”。李娟告诉记者，每一个新位点的产生都需要耗费好几十升的培养基，一次次失败后反复推倒重来。好在随着基因编辑工具和技术的不断突破，该团队主持的“一种抗二硝基苯胺类除草剂的水稻突变型蛋白及应用”等三项授权发明专利相继与省内外企业签订了转让协议，合同总经费达2200万元。李娟受邀在中国植物生理与植物分子生物学学会、长江流域五省（市）遗传学会就相关研究工作做专题报告，研究成果得到了学界的广泛认可。

攀登一座又一座科学高峰

科学研究从来都不是坦途，但也不会辜负每一个努力前行、不断攀登的人。

“李娟老师常说，做农业研究，就要不怕吃苦，敢于吃苦，迎难而生，脚踏实地。勤奋是一个科研人员最基本的素质，多思考才能不断产出成果。”安徽农业大学博士研究生汪慧跟随李娟学习实践两年多，已然感受到了科研之路的艰辛，“团队成员一年到头几乎都扎在实验室里，李娟老师带着我们做研究，指导我们改论文，通宵达旦是常有的事。”去年夏天，李娟身体不适仍顶着酷暑外出观察水稻表型，汗流浃背地站在田间做着记录，让随行的汪慧很受触动。用汪慧的话说，李娟对科研最纯粹的热爱与坚持，深深地打动并激励着团队里的每个人。

“这些不是我一个人的成绩，而是整个团队共同努力的结果。”谈到这些年取得的成就，李娟总是将团队挂在嘴边，“团队里的成员都很年轻，多数家中孩子年纪尚小，正是需要父母陪伴和教育的时候，可是他们却将更多的时间和精力用在了科研上。”在基因编辑实验室里，有一个持续更新的实验记录本，团队成员每天都很默契地记录着自己的实验内容，让下一个走进实验室的成员只需要看一眼记录，就能接着进行后面的实验。在李娟看来，这是科研团队精神的缩影。

“困难随时出现，压力一直都有。”从事农业科研十多年来，李娟常常感到自己发现问题和解决问题的能力不足，“随着基因编辑技术的发展，我们研究的难度越来越高，科研注定是一场永无止境的攀登。”李娟说，科研工作充满未知和挑战，往往需要大量前期的工作和无数的失败做铺垫。在反复的实验、失败、推倒重来后，有时依然可能换来别人已经研究报道过或申请了专利保护的成果。为了避免这种令人无奈的失败，要求科研人员必须争分夺秒、不断创新。

科研攻关不仅是对科学的不懈探索，也是社会责任与担当的体现。当被问到如何理解“科学家精神”时，李娟回答，只有坚定对科学的追求，永葆仰望星空、探求真理的好奇心，才能沉得下心、耐得住性子，坐得了“冷板凳”。这让她想起水稻所“敬农敬业 惟实惟新”的文化基因传承，以及水稻所科研前辈罗志祥研究员在党课上告诫青年科研人员“要继承和发扬老一辈水稻所人精神，静心笃志、力戒浮躁，坐得‘冷板凳’，以淡泊名利、潜心研究的奉献精神，不畏艰险、迎难而上，勇攀高峰”。还有水稻所“全国巾帼建功标兵”王士梅研究员自信自尊、自立自强、敢于担当、坚韧刚毅的新时代巾帼风采等。他们就像一面面旗帜，引领着年轻一代科研人员继往开来。

“未来，基因编辑技术一定是打好种业翻身仗、带动种业发展的‘新引擎’，也是提升我国种业竞争力的‘利器’。我们只有心系‘三农’、潜心科研、砥砺创新，才能攀向一座又一座的科学高峰”。李娟说。

李娟（左一）和团队成员在开展实验 记者 傅 军/摄

采访札记

简单质朴是我对李娟的第一印象。春日的一个清晨，她一如往常从家中步行前往省农科院。途经试验田，她驻足看了看田间作物的生长情况。她说，过去科研人员靠“一支笔、一杆秤，用牙咬、用眼瞪”的方法，蹲守田间地头育种，耗时又费力，而基因编辑技术有望引领一场全新的革命。想到自己和同事每天都在为科研进步做着努力和贡献，她觉得这是从事科研的价值和追寻。

实验室里，一束晨光透过窗户照在李娟的身上，披肩的长发被整齐地梳在脑后，一副银边眼镜架在高高的鼻梁上，闪着光亮的除了镜片后面的那双眼睛，还有一袭格外整洁的白衫。

采访中，李娟总是面带微笑，言语亲和。她对科研成果如数家珍，却鲜少提及千万次失败的磨砺。用她的话说，做科研需要强大的内心，面对失败更加需要坚持和创新。“不论当天的实验成功或失败，我一觉睡醒还是该干嘛干嘛，科研没有退路更没有止境”。在李娟身上，我看到了年轻科研人员在长期科学实践中积累的精神财富，有家国情怀，有潜心拼搏，有奉献精神，更有传承与创新。

（记者 谢婷婷）