余晓文：九年找到水稻“自私的基因”

　　6月8日，国际顶级学术期刊《科学》发表突破性成果，在植物体内报道“自私基因”，厘清了困扰水稻研究多年的杂种不育难题。

　　论文的第一作者是南京农业大学农学院博士余晓文，这距离他“咬”定这一难题已过去整整9年。在这场科研马拉松里，秉持“做科研只有第一，没有第二”的信念，余晓文的每一天都在“赶跑”。

　　9年前的6月，本科刚毕业，余晓文就一裤管“插”进水稻田，帮师兄到田里插秧，收集实验样本。“那年收割的时候，水稻枝梗粗壮，原本应是大丰收，但很多稻谷是空的”。

　　稻穗“空果”，其实就是“杂种不育”现象，这正是余晓文的导师、南京农业大学万建民院士团队研究了20多年的水稻杂种优势利用遇到的难题。

　　万建民介绍，与籼籼杂交水稻相比，籼粳杂交水稻可进一步提高单产15%至30%，然而，同时会出现花粉不育、小穗结实率低、子粒不饱满等杂种不育现象。“结实率80%是前提，如果达不到这个标准，就没法实现增产”。

　　“一定是哪些基因控制了杂交稻不结实！”余晓文渴望找出原因。

　　这块“硬骨头”比想象中的还要难啃。2009年，余晓文发现世界上被报道的水稻杂种不育相关位点有50来个，但被克隆到的基因只有两个。这些杂种不育位点大部分只被报道了大致的遗传位置，谁都可以做，就看谁能先做出来。

　　“蒸笼”地里“绣花”忙

　　科研“无人区”的探索注定是考验心智和毅力的。初期的表型考察和遗传群体分析就让余晓文花了两年的时间。想要找到目的基因所在的区间，需要在很大的遗传群体中去筛查重组单株。取叶片进行基因型分析，还要采集相应植株的稻花观察花粉是否可育。

　　很多人不知道水稻也会开花——水稻的颖花是淡黄色的，长在枝梗上，外观像小簇的狗尾巴草，个头比芝麻还小，采集的时候必须先固定，然后借助显微镜观察，否则真看不出来。

　　水稻花期一般一周左右，由于研究对象是雄花，必须在一周内完成样品采集，否则至少要再等半年。

　　水稻的开花期在七八月，正值南京火热的夏季，稻田湿热，余晓文和师兄妹们要“扎”进稻田一株一株精挑细选，多的时候，一天采两三千份样品，无异于“蒸笼”地里做“绣花”， 逐个编号收集，颖花样品取回来，通过显微镜观察是否可育。

　　白天“蒸笼”地里忙“绣花”，晚上显微镜下“穿针线”。“一天要看300个样，每个至少重复3次，每天观察统计实验将近1000次。”余晓文坦言，强度大的时候，一天下来头昏眼花。

　　实验的目的在于证实或者证伪科研假设。证实的话，当然功夫不负有心人，可证伪了呢？余晓文笑笑，“那就只能将一个夏天的实验过程推翻重来。”

　　这一“搏”搏对了

　　2013年，余晓文找到了让花粉恢复可育的基因ORF3，这样的成果足以在国际学术期刊发表一篇高水平论文，申请提前毕业了。但田里的“秕谷”在余晓文的脑海中不停闪现，ORF3的发现真的足以揭示杂种不育的分子机制么？如果没有与其相互制约的毒性基因，又是谁导致花粉不育呢？

　　余晓文觉得可能又面临“山重水复疑无路”。未来会怎样？只能一搏！

　　2014年，南京农业大学首次推行优秀博士学位论文创新工程资助，通过一定的经费补助鼓励优秀博士生科研“不断档”，继续深入探索，余晓文留了下来。

　　当时基因编辑技术应用尚不成熟，余晓文只能用传统的方法，在很大的群体中进行复杂又严密的遗传分析。

　　“看文献——提假设——与导师讨论——验证或推翻假设”，余晓文终于找到了让他“激动好几个晚上都睡不着觉”的“MM纯合近等基因系”。

　　他将这一发现讲给导师万建民听。万建民立即拍板，“非常有意思！”并鼓励他借鉴跨学科的方法，继续深入下去。

　　在中国农业科学院作物科学研究所王海洋、吴传银等专家的帮助下，余晓文为40多年前就被提出的水稻杂种不育遗传假说找到了强有力的证明。

　　余晓文发现，是ORF2这一“狠毒”的基因导致花粉败育，更有意思的是，ORF2和ORF3这两个功能相反基因竟然紧密相连，并且来自同一个亲本材料，它们共同作用，使得杂交后代携带这两个基因的个体数显著偏多。

　　参考动物相关研究，这是一种典型的“自私基因”遗传模型——经典的孟德遗传定律认为，来自双亲的基因应当相等概率地分配给下一代，然而“自私基因”会打破均衡，导致“孩子更像某一方”，而不是“一半像爸爸，一半像妈妈”。

　　余晓文的发现，第一次突破性地运用“自私基因”模型解释了水稻杂种不育现象。

　　“毕不了业，时常不着家”的年轻爸爸

　　2016年是余晓文深感压力的一年。这一年孩子出生，妻子为支持他，辞去工作照顾孩子和家庭，他的研究还有一块硬骨头没啃完。

　　为了方便来去实验室，夫妻俩在离中国农科院实验室不远的地方租住了一间很小的房子。北京三环内的房租很高，余晓文的补贴勉强凑够房租和家用。

　　每年的10月到次年的3月，余晓文像“候鸟”一样，迁徙到位于海南的南繁基地潜心研究。孩子出生前，余晓文连续4年春节没回过老家陪父母。

　　孩子快1岁时，他将老婆孩子接到南京，但只要导师一个消息，余晓文就一头“扎”回北京的实验室。

　　“穿着短袖去的，套着羽绒服回来”，虽然夫妻俩早已适应这样的节奏，可这次，快一岁半的孩子却认不出爸爸了。余晓文很心酸。他暗自较劲儿，再努力一点、再加快一点！

　　2017年11月，余晓文将积累8年的成果投给国际顶级权威期刊《科学》。不到一个月，《科学》期刊编辑寄来了一封回执——从摘要到图注全部详细修改，这让整个课题组都为之振奋。共同通讯作者、导师王海洋激动万分，“头一次见到！说明编辑对此文非常感兴趣！”

　　2013年发现“MM纯合近等基因系”是余晓文最激动的时刻，但直到此时，他的科研故事才算相对完整地告一段落，这些年一直悬在心中的石头也落了下来。

　　科研没有“休止符”

　　余晓文并不是团队的第一位“长驻”博士。南京农业大学农学院院长朱艳教授说，“作物育种本身就是一项周期漫长的工作，要想出大成果，再怎么努力都需要这个时间。”

　　南京农业大学农学院鼓励学生从本科实践创新项目开始，就明确知道自己在干什么，从本科毕业论文开始就能定好研究方向，到硕士和博士阶段就要自己来主导研究。

　　“博士期间科研有弯路、没进展，这很正常。”朱艳说，一要打好基础，二是必须具备良好的抗压力和意志力。学校没办法覆盖到的好的研究，学院通过资助和奖励来补上。

　　在南京农业大学农学院，频繁的汇报和交流是雷打不动的“规矩”。“余晓文的研究，就是在多次汇报碰撞以后，导师才觉得要有好成果了”。

　　团队之间每周一次小交流、每月一次大交流。每年一两次的学院范围的大交流都要持续两三天，所有研究生都可以对某个成果提问或给出建议，“我们不赞成导师学生一对一的培养模式，我们强调大团队意识，高领域的成果必须是交叉协同的。” 朱艳说。

　　博士生要勇攀前沿，必定有大量交叉学科，余晓文的研究就涉及遗传学、分子生物学、进化生物学、作物学等多个学科。不论理论积累或实验技术，都需要花时间去琢磨。

　　“坐不住冷板凳的学生，不会来我的团队”。万建民院士说，团队发掘的水稻半不育基因PSS1花了18年；而水稻部分显性矮杆多分蘖基因D53则花了25年。

　　6月10日，论文发出的第二天，本应是最该分享喜悦的时刻，余晓文却又一早回到试验田，开始新一季的水稻插秧。

　　9年前，同样在这块地里，他下决心要“啃”下硬骨头向难题“宣战”。如今，余晓文试图将这场“马拉松”继续跑下去：一是验证这一成果到底能为百姓的饭碗增加多少口粮；同时探寻毒蛋白与解毒蛋白这对“欢喜冤家”，究竟还隐藏多少不为人知的秘密。

　　通讯员 许天颖 中国青年报·中青在线记者 李润文 来源：中国青年报  （中国食品网整理发布）