傅向東：破譯水稻少肥高產(chǎn)密碼

文/操秀英

春節(jié)期間，一則“傅向東團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)赤霉素信號(hào)傳導(dǎo)新機(jī)制提高水稻氮肥利用效率”的新聞淹沒(méi)在疫情防控的信息里，但這一新發(fā)現(xiàn)還是在業(yè)內(nèi)引起很大關(guān)注。

這一篇榮登《科學(xué)》雜志封面的文章，深化了對(duì)植物赤霉素信號(hào)傳導(dǎo)和氮素響應(yīng)之間復(fù)雜的相互作用機(jī)制的理解，是傅向東團(tuán)隊(duì)十多年來(lái)深耕赤霉素和氮素協(xié)同調(diào)控水稻生長(zhǎng)發(fā)育機(jī)制的又一重磅成果。通俗來(lái)講，傅向東的研究?jī)?nèi)容是，如何在減少氮肥使用的情況下提高水稻的產(chǎn)量。

“創(chuàng)新為民，惠澤五州”，在傅向東的辦公室里，小麥遺傳育種學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士李振聲的題字非常醒目。這正是傅向東的初心和快樂(lè)源泉?！澳軐⒆约旱难芯颗d趣和國(guó)家需求結(jié)合在一起，是非常幸福的事?！备迪驏|說(shuō)。

“沒(méi)辦法，我就喜歡搞研究”

“人一旦喜歡了一件事，就不會(huì)考慮太多東西。沒(méi)辦法，我就喜歡搞研究。”傅向東說(shuō)，他對(duì)遺傳學(xué)的興趣從高中就開(kāi)始了。

在中學(xué)的生物課中，關(guān)于人類ABO血型的遺傳讓傅向東對(duì)基因產(chǎn)生了興趣。“我覺(jué)得太有意思了，A型的父親和B型的母親，可以出現(xiàn)A型、B型、AB型，還可能會(huì)有O型血的小孩。這是為什么？”傅向東回憶，那時(shí)候最喜歡做的考試題，莫過(guò)于通過(guò)一系列附加條件推導(dǎo)出父母血型的這一類遺傳題目。

就這樣，高考填報(bào)志愿時(shí)，在大多數(shù)學(xué)生對(duì)專業(yè)還一頭霧水時(shí)，傅向東堅(jiān)定選擇了武漢大學(xué)生物系遺傳學(xué)專業(yè)?！爱?dāng)時(shí)有老師勸我考慮一下熱門(mén)專業(yè)，但我這人一旦有了想法就會(huì)堅(jiān)持?！彼χf(shuō)。

這種執(zhí)拗和堅(jiān)定讓傅向東總是喜歡挑戰(zhàn)難題。

在英國(guó)約翰英納斯研究中心留學(xué)期間，傅向東師從英國(guó)皇家學(xué)會(huì)會(huì)員、牛津大學(xué)教授尼克哈伯德，這位著名的遺傳學(xué)家一輩子專注于赤霉素調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育的機(jī)理研究。

上世紀(jì)60年代，以降低農(nóng)作物株高、半矮化育種為特征的第一次“綠色革命”，使得全世界水稻和小麥產(chǎn)量翻了一番，解決了溫飽問(wèn)題。

“早在上世紀(jì)30年代，科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)赤霉素這種化合物能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)，但它具體是如何調(diào)控的，這個(gè)機(jī)理不清楚，我所在的實(shí)驗(yàn)室主要工作就是利用擬南芥這種模式植物，來(lái)研究赤霉素的調(diào)控機(jī)理?！备迪驏|說(shuō)。

半個(gè)多世紀(jì)之后，被打上“綠色革命”烙印的水稻、小麥讓農(nóng)學(xué)領(lǐng)域的專家開(kāi)始被另一項(xiàng)新的問(wèn)題困擾。

“半矮化農(nóng)作物株高變矮了使得它對(duì)化肥不敏感，帶來(lái)的后果就是氮肥的利用效率也下降了，農(nóng)民大量施肥，但并沒(méi)有獲得他們想要的產(chǎn)量，同時(shí)又帶來(lái)了環(huán)境問(wèn)題?！备迪驏|說(shuō)。

在英國(guó)，傅向東用實(shí)驗(yàn)證明了“綠色革命”矮稈品種氮吸收能力降低這一事實(shí)。“我的導(dǎo)師都覺(jué)得不可思議。”傅向東回憶。

“我們構(gòu)建了帶有‘綠色革命’矮稈基因和不帶矮稈基因的水稻和小麥近等基因系，系統(tǒng)比較了矮稈基因?qū)ιL(zhǎng)發(fā)育和氮素代謝的影響，發(fā)現(xiàn)植株變矮后的氮素吸收和同化能力確實(shí)下降?！备迪驏|說(shuō)，此外，雖然帶有“綠色革命”矮稈基因的水稻和小麥的分蘗數(shù)增加，但每穗上的種子數(shù)量是減少的。

如何在現(xiàn)有矮化品種高產(chǎn)抗倒伏的優(yōu)良性狀基礎(chǔ)上，提高其氮素利用效率；或者在現(xiàn)有施肥條件下，有沒(méi)有辦法提高每穗的穗粒數(shù)？這成為縈繞在傅向東心頭的問(wèn)題。

將個(gè)人興趣與國(guó)家需要相結(jié)合

帶著這兩個(gè)問(wèn)題，傅向東不再滿足于擬南芥的研究，他更想做些離育種實(shí)踐更近的內(nèi)容。

他選擇了回國(guó)。雖然彼時(shí)，中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所條件不算好，“但這里是水稻功能基因組學(xué)研究的國(guó)家隊(duì)，而且所里氛圍很好，我想做一些對(duì)國(guó)家有用的事情。”傅向東說(shuō)。

當(dāng)時(shí)，傅向東不想再研究赤霉素的作用機(jī)理?！皠e人都已經(jīng)做幾十年了，我更想開(kāi)辟一個(gè)新的方向?！彼貞?。

他開(kāi)始解碼“超級(jí)稻”高產(chǎn)性狀形成的分子機(jī)理。研究目標(biāo)很明確，就是希望把提高產(chǎn)量的關(guān)鍵基因找出來(lái)，將來(lái)可以利用它進(jìn)一步通過(guò)分子育種來(lái)提高作物產(chǎn)量。

“我們從高產(chǎn)品種‘沈農(nóng)265’克隆了直粒穗基因DEP1，研究它的高產(chǎn)機(jī)理?！备迪驏|說(shuō)，“運(yùn)氣很好，很快分離出DEP1，GW8，NPT1和LGY3等一批高產(chǎn)基因?！?/p>

讓他欣慰的是，此后，育種學(xué)家們利用其團(tuán)隊(duì)的研究成果，成功培育出不少高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)新品種。

但慢慢地，他發(fā)現(xiàn)，要想在減少氮肥施用的同時(shí)提高作物產(chǎn)量，解決我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展迫切需要解決的環(huán)境制約問(wèn)題，還是得解答當(dāng)年他在英國(guó)時(shí)思考的問(wèn)題。他說(shuō)，化肥能促進(jìn)植物的生長(zhǎng)發(fā)育，就像人類吃飯一樣，植物也需要“吃飯”，這一既能吃飽又無(wú)需花費(fèi)時(shí)間減“肥”的值，正是他和學(xué)生們迫切尋找的答案。

傅向東團(tuán)隊(duì)一頭扎進(jìn)植物生長(zhǎng)——代謝平衡的協(xié)同機(jī)制研究。

十多年來(lái)，傅向東團(tuán)隊(duì)找到與植物氮素吸收及利用率密切相關(guān)的基因GRF4，從分子水平上揭示了“綠色革命”矮稈育種伴隨氮肥利用效率降低的原因，并提出了明確的解決方案。

在此基礎(chǔ)上，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)以水稻產(chǎn)量性狀對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的響應(yīng)為切入點(diǎn)，找到了赤霉素和氮素協(xié)同調(diào)控水稻分蘗的關(guān)鍵基因NGR5，闡明了NGR5介導(dǎo)的赤霉素信號(hào)傳導(dǎo)途徑調(diào)控水稻氮肥利用效率的分子機(jī)制。

他現(xiàn)在最關(guān)心的問(wèn)題是如何與育種家、種業(yè)公司加強(qiáng)合作。“希望我們的基礎(chǔ)研究可以和育種家的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，推動(dòng)育種技術(shù)的進(jìn)步?！备迪驏|說(shuō)。

不要NO.2更不要Me too

傅向東是個(gè)溫和隨性的人?！皼](méi)大沒(méi)小”，是別人對(duì)他們實(shí)驗(yàn)室的評(píng)價(jià)，“沒(méi)有距離感”，則是學(xué)生們對(duì)傅向東的評(píng)價(jià)。

每到學(xué)生們?nèi)ズＤ嫌N基地的時(shí)候，傅向東總會(huì)在工作結(jié)束后請(qǐng)學(xué)生們吃飯，喝椰汁，偶爾也會(huì)小酌一杯或是一起去唱歌。他悉心捕捉著學(xué)生們的情緒變化，“學(xué)生們有些平時(shí)不敢說(shuō)出口的壓力，這個(gè)時(shí)候就能抒發(fā)出來(lái)了?！彼Φ?。

就像發(fā)論文要少而精一樣，傅向東帶的學(xué)生也不多。迄今為止，他總共培養(yǎng)了20余名學(xué)生。他確保每個(gè)學(xué)生都能被關(guān)注。在他朱紅色辦公桌的左側(cè)，碼放著9沓厚厚的、貼有名簽的文件，這些做滿彩色標(biāo)記的手稿，記錄了他和學(xué)生的每一次談話。

讓人意外的是，他見(jiàn)到前來(lái)報(bào)考的學(xué)生第一句話竟然是勸學(xué)生再考慮考慮?！拔視?huì)告訴學(xué)生兩點(diǎn)，第一，實(shí)驗(yàn)室特別苦，第二，發(fā)文章特別慢，說(shuō)不定到畢業(yè)時(shí)都沒(méi)有文章?！?/p>

他“把丑話說(shuō)在前頭”的目的是希望找到那些對(duì)研究真正感興趣的學(xué)生?！斑@是他們?nèi)松蠲篮玫臅r(shí)光，如果浪費(fèi)在自己不感興趣的事情上，他不開(kāi)心，我更不開(kāi)心。”傅向東說(shuō)。

“做研究就要做Number One，不要Number Two，更不要Me too?！边@是傅向東常對(duì)學(xué)生們說(shuō)的話。他要求學(xué)生們多思考，少做無(wú)用功。

他會(huì)勸學(xué)生早點(diǎn)兒回家?！白隹蒲懈嗟氖且伎迹瑢W(xué)生們需要加強(qiáng)的是多思考、多總結(jié)，少走彎路?！备迪驏|說(shuō)，這也是他在英國(guó)留學(xué)多年學(xué)到的最寶貴的內(nèi)容之一。

至于發(fā)論文，他要求學(xué)生必須能講一個(gè)完整的故事。“一個(gè)人能被人記住的文章不多，倒不如做些能被記住的事?！备迪驏|說(shuō)，因?yàn)榘l(fā)論文在他面前哭鼻子的學(xué)生不止一個(gè)。

他認(rèn)為這是做科研的日常。相比水稻DEP1基因功能研究的“運(yùn)氣”，傅向東還進(jìn)行著更多“令人郁悶的研究”。有些2005年就開(kāi)始做的研究項(xiàng)目，到現(xiàn)在也沒(méi)有很大的突破。學(xué)生們也很郁悶，但是沒(méi)辦法，因?yàn)樗X(jué)得“不應(yīng)該輕言放棄”。

“一個(gè)東西只要你認(rèn)準(zhǔn)了，就不要放棄?！彼?jīng)常對(duì)學(xué)生說(shuō)，“只有走錯(cuò)一步才會(huì)走對(duì)下一步，如果一開(kāi)始就知道結(jié)果，那是工程不是科研。”