潜心基础研究突破长期瓶颈

作者：杨超月

　　张铁成本报记者吕兵兵

　　日前，国际植物学领域顶级学术期刊《植物细胞》发表了山东农业大学校长张宪省教授带领的研究团队“激素调控植物干细胞活动分子机理”的研究成果，标志着我国在该领域达到了国际领先水平。

　　而在今年4月28日，国际著名学术期刊《自然通讯》发表了小麦研究领域的一项重要成果：山东农业大学付道林教授领衔的科研团队在太谷核不育小麦研究方面取得重大突破，成功克隆了太谷核小麦雄性不育基因，并对其机理进行了探讨。

　　山东农业大学位于泰山脚下的泰安市，属于典型的在小城市里办大学，却能够在短期内连续取得重大科技突破，奥秘何在？这些科技突破能够发挥哪些重大作用？带着这些问题，记者到山东农大进行了深入采访。

　　突破60年瓶颈，揭示激素调控植物干细胞机理

　　“植物生长依赖于干细胞，而干细胞又靠激素来进行控制。我们这项研究成果的意义，就在于破解了激素调控干细胞的‘密码’，能够实现通过激素调控干细胞的产生。”张宪省教授介绍说。

　　据了解，早在1957年，科学家就发现外源细胞分裂素和生长素能够诱导干细胞再生，但60年来科学家都不清楚其作用机理，因此大多数农作物、林木和花卉难以建立离体再生系统，也无法进行离体繁殖和基因工程操作。

　　张宪省团队对该项技术的研究已进行

　　了20多年。他们不断采用细胞生物学、遗传学、生物化学等各个方面的研究手段，证明了B类细胞分裂素响应调节因子ARRs对干细胞决定基因WUSCHEL有直接调控作用，且该调控作用不仅可以发生在离体培养的组织中，在正常生长的植物体内也具有该功能。

　　据介绍，这一发现为在更大范围进行植物离体快繁、开展生物育种、推动工厂化生产等提供了有力的理论支撑。离体快繁方面，以牡丹为例，现在还是以分枝繁殖为主，规模小、成活率低，且难以进行杂交等其他方面的育种。该技术突破后可以掌握它的生长机理，在源头上用组织培养等手段进行驯化，大大加快实现离体快繁的进程。生物育种方面，可助推基因工程的发展，大幅提高生物育种的准确性，缩短育种周期，提高育种质量。

　　“有了这一理论成果做基础，在未来的一到两年内，就会有大量的应用成果出现，特别是能够广泛应用在目前处于瓶颈期的林木、果树、花卉等经济作物领域。”张宪省说。

　　跨越45年障碍，克隆“国宝级”雄性小麦不育基因

　　小麦属于自花授粉作物，由于遗传基因贫乏，后代产量难以提高。要攻克这一难题，必须在全国寻觅一株天然不育小麦。1972年，山西太谷县农民技术员高忠丽在小麦大田中发现了一株雄性不育株，并保存下来。

　　该不育株是在小麦中首次发现的天然突变体，被命名为太谷核不育小麦。

　　依靠这株小麦，截至2009年，全国建立矮败小麦轮选群体210个，育成品种42个，推广面积1.85亿亩，增产粮食56亿公斤。因此，太谷核不育基因Ms2属于“国宝级”基因，为确保对该基因的自主知识产权，国家倾注了大量人力物力来克隆该基因。

　　2000年，山东农大孙兰珍团队在国家自然科学基金资助下，开展Ms2基因的遗传标记研究。2008年，付道林受邀从美国来到山东农大工作，成为“泰山学者”特聘教授。在得知孙兰珍长期从事太谷核不育小麦基因的利用研究后，付道林主动参与，于2010年开始利用图位克隆技术进行Ms2基因的克隆研究。

　　“小麦上图位克隆成败的关键，取决于是否能够建立目标基因所在区域的物理图谱。”付道林说。为此，团队构建了“矮败鲁麦15”的基因组人工染色体文库，利用Ms2区域的特异标记，筛选并获得了8个阳性克隆，成功建立了Ms2区域的物理图谱，分离到太谷核不育Ms2基因，并通过反向遗传学验证了该基因的功能。2015年6月，山东农大向国家知识产权局提交了该基因的发明专利申请。

　　“Ms2基因的获得，对于植物分子育种，尤其是重要粮食作物的杂交制种意义重大。”付道林说，“希望能组织科研力量进一步拓展该基因的应用空间，发挥自主知识产权基因的长远应用价值。”

　　肩负使命担当，学校支持与团队坚守相得益彰

　　付道林告诉记者，在克隆Ms2基因的科研攻关中，研究生是工作的主力。为了完成研究，博士生倪飞一再延期毕业，在这个项目上整整做了6年。

　　山东农大林学院副教授桑亚林参与张宪省团队研究已有7个年头，长期难以出成果，不知前路在何方，考验着团队的每一位成员。“可以说，我们没少受到同行的冷眼与嘲笑。但也正是通过了寂寞和忍耐的考验，才等来了最后的成功。”桑亚林说。