100天攻克“中国主粮密码”：水稻精神如何改写世界基因组格局？

2000年，在人类基因组计划宣布完成之后，华大将下一个测序目标放到了国人赖以生存的主粮作物——水稻上。

当时，国际科研竞争激烈，日本团队也在牵头开展水稻基因组研究，且团队规模更大、项目周期更长。在资金、技术、人才等客观条件并不乐观的情况下，华大集团创始人毅然自筹资金发起水稻（籼稻）基因组计划。

2001年7月，水稻基因组计划大规模测序工作正式展开。经过100多个日日夜夜的奋战，华大项目组于当年10月率先完成水稻（籼稻）基因组工作框架图的绘制，并免费公布全部序列数据。次年4月，该成果以封面文章的形式发表于国际顶级学术期刊《科学》。

这一成就不仅为中国基因组学研究赢得了响亮的国际声誉，让中国成为世界上首个独立完成水稻基因组测序的国家，更开启了华大在农业基因组学领域的探索征程。

二十余载过去，水稻项目为华大乃至整个领域的发展带来了什么样的影响？其中所蕴含的“水稻精神”是否得到了传承？……今天，我们有幸邀请到水稻项目亲历者倪培相、农业基因组学研究成果转化与应用的推动者刘欢，向我们讲述水稻项目的历程，以及华大多年来在水稻乃至农业基因组学领域的持续贡献。

01

「不可能的任务」

“前期我们做人类基因组计划1%时打过基础”

问：能否请您回忆一下，当时华大是如何开始水稻基因组计划的？

倪培相：有一天华大集团董事长、联合创始人汪建老师给我们开动员会，说要正式开始水稻基因组项目了，并且为了和日本团队主导负责的国际水稻基因组项目竞争，我们需要在短期内快速完成。

虽然看起来是突然做水稻基因组研究，但是我后来才知道汪建老师他们其实做了比较详细的规划。因为前期我们做人类基因组计划1%的时候打过基础，所以汪建老师和李松岗老师、于军老师他们经过详细的论证，觉得我们理论上是能够完成400多兆的水稻基因组图谱绘制的。而且在这之前，汪建老师也去拜访了袁隆平先生，拿到了他提供的“籼稻93-11”材料，也就是中国杂交水稻的父本，然后也做了一些预实验，有了小量的数据基础。

“必须要自己把中国的杂交稻给测出来”

问：华大发起的水稻基因组项目和日本牵头的国际水稻基因组计划有什么不同？能否展开讲讲，彼时华大团队主要面临哪些方面的困难以及具体是如何克服的？

倪培相：在研究材料上，日本牵头的国际水稻基因组计划用的是“日本晴”（Japonica），也就是“粳稻”。我们当时想的是，必须要自己把中国的杂交稻给测出来，一是为了推动基因组技术发展，二是为后续水稻育种打基础，所以选择了我们国内种植比例更高的“籼稻”。

在技术方法上，国际团队他们采取了跟人类基因组计划差不多的思路和策略，相当于把一个比较复杂的问题拆分了，然后分配给不同的团队各自去做，他们花费的成本是我们的很多倍，但是整体对计算机的要求不是那么高。

而我们用的是全基因组鸟枪法，对于计算机性能和软件的要求是特别高的。计算机这块是汪老师到处“化缘”，最后是中国科学院计算所提供了当时最新的曙光3000给我们用；而软件这块，由于当时国内外都没有现成的，所以我们需要对重复序列进行屏蔽、对基因组进行组装，后来我们开创性地开发了RePS全基因组鸟枪法的基因组组装软件，然后用它完成了项目整体的工作。

“通过这个项目，每个人都得到了巨大的成长”

问：在资金、技术、人才都面临困难的情况下，华大团队为什么能以100多天的时间完成这项被视为“不可能的任务”？得知项目成果在《科学》发表的那一刻，大家的心情如何？

倪培相：我们能做成这件事，一个是基于华大整体的平台，以及创始人设立的大方向、大目标是对的；一个其实也就是我们华大后来在贯彻的“三发三带”，就是通过实际的项目来带人才、带学科、带产业。当时那种长期高强度的工作，确实是很难支撑下来的，加上团队里大多是实操经验较少的毕业生或者刚参加工作没多久的同事。但是通过这个项目，每个人都得到了巨大的成长，对他个人以后的道路来说都是非常宝贵的财富。

在做项目的过程中，其实大家完全没有空想那么多的，所以后来在国际顶级期刊上看到我们每个人的名字，大家都特别激动。一方面是我们自己作为刚毕业的本科生，有机会参与这么重大的项目；一方面是觉得中国在这个行业真正地发挥了非常大的作用，真的特别自豪。

02

「100%的主导者」

“水稻基因组计划是一项里程碑工作”

问：现在来看，您认为绘制水稻基因组图谱这一成果对整个领域发展的意义以及后续影响是什么？

刘欢：从技术方面来说，这是我们中国人在基因组学领域第一次100%主导完成的一项大科学工作，奠定了中国在水稻基因组学研究领域的地位，并在接下来20多年里都保持在世界第一梯队的水平。水稻项目成果发表20周年时，Molecular Plant期刊以20篇文章组成的专刊予以纪念。杂志主编评价说，水稻基因组计划是一项里程碑工作，对中国在水稻研究领域迈入基因组时代而言，起到了决定性的关键作用。

从水稻领域或者农业基因组方面来说，我们解读了水稻的基因组，掌握了水稻的生命密码，这对于后续的育种工作就起到了非常重要的指导作用。

“随后20多年，华大一直深耕水稻基因组研究”

问：经过20多年的发展，华大目前在水稻基础研究与产业应用上取得了哪些重要成果？为农民和农业产业带来了哪些实际效益？

刘欢：2002年发表的水稻基因组框架图，对于我们来说是一个起点。随后的20多年间，华大一直深耕水稻基因组研究，发表了数十篇相关研究文章，包括2011年，华大团队完成了中国粳稻、籼稻的起源分化以及不同亚型分布的研究；2018年，华大团队又成了3000份水稻基因组的重测序，解析了全球水稻的谱系家系，在国际顶级学术期刊《自然》发表了文章。最近，我们还完成了长雄野生稻地下茎的时空组学研究、水稻种子萌发的时空组学研究、水稻的单细胞图谱等。

在产业应用上，以多年生稻为例，这是由云南大学胡凤益教授主导培育的，我们从基因技术方面进行助力。它是以长雄野生稻为父本、亚洲栽培稻为母本，杂交培育而成，种植一次可连续收获多年，极大地节省了农耕劳作中的人力和物力投入。目前，在我们的共同推动下，多年生稻已在广东、广西、云南等地规模化种植，在东南亚、非洲等地区的10余个国家也有超过150个试种点。

“华大已主导或参与破译6000多种动植物基因组”

问：后来取得的这些成果中，有哪些是在水稻基因组图谱的基础上开展的？

刘欢：水稻基因组计划是华大自主启动、主导完成的第一个大项目，也让华大从人类基因组计划1%的参与者，变成了水稻基因组计划100%的主导者。紧接着，华大还主导完成了家鸡、家蚕、玉米、大豆等基因组的解析工作。目前，华大已主导或参与破译6000多种动植物基因组，占全球贡献的30%以上。也正是这些物种的基因组研究，对后续育种工作起到了决定性的助推作用，也为我们在农业基因组学领域的蓬勃发展奠定了基础。

03

「水稻精神」

“这是非常值得书写，值得每一位华大人学习的”

问：请问您如何理解华大“水稻精神”的内核？

倪培相：我觉得水稻精神最重要的是两个方面，第一是创始人的战略规划是科学的、具有前瞻性的，他们通过人类基因组计划等工作，敏锐地找到了中国在基因组学方向的一个突破口，也敏锐地察觉到了整个生物行业未来发展的明确方向，所以才能够指引我们开展具体的项目。

第二，没有什么是不可能的。虽然过程中会碰到各种各样的困难，不管是资金的困难、软件的困难，还是人员等其它方面的困难，只要大家能够为了一个共同的目标发挥自己所有的力量，互相促进、互相扶持，就一定能够完成自己觉得不可能的任务。

刘欢：今天我们为什么还要谈水稻基因组计划？因为它是一种精神象征。那时候在一穷二白的情况下，要解决经费问题，解决技术问题，还要追赶时间，那种艰苦程度可能是今天无法比拟的。

当然，今天的华大也在攀登一座又一座的“珠峰”，比如说我们在多年生作物这个领域，从科学机理研究到品种培育，到适应不同地区的品种培育，再到全球化的推广，也是一步步从无到有做起来的。

虽然现在的整体条件改善了，但当时那种为了一个极困难的大目标，以一种忘乎自我的奋斗精神去工作，这是非常值得书写，值得每一位华大人学习的。我相信，在水稻精神的激励下，今天年轻人完全有能力共同去攻克一个又一个更高难度的大项目。

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