立足水稻研究
——水稻生物學國家重點實驗室

水稻生物學國家重點實驗室2003年被批準建設(shè)，2006年12月通過建設(shè)驗收。2006年及2016年，它在生命科學領(lǐng)域國家重點實驗室評估中被評為優(yōu)秀實驗室。實驗室依托單位為中國水稻研究所和浙江大學，以解決我國稻作科技和水稻生產(chǎn)發(fā)展中的關(guān)鍵問題為宗旨，順應農(nóng)業(yè)科技發(fā)展大趨勢，瞄準世界水稻科學發(fā)展前沿，以水稻資源學和分子育種研究為重點，開展水稻生物學研究，為稻作科技發(fā)展提供先進的資源平臺、技術(shù)平臺和理論平臺。

方向明確

水稻生物學國家重點實驗室主要研究方向為水稻功能基因組學與分子育種基礎(chǔ)研究、水稻種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種應用研究、水稻病蟲成災機理與控制研究、水稻可持續(xù)生產(chǎn)基礎(chǔ)與應用研究。

水稻功能基因組學與分子育種基礎(chǔ)研究主要開展基因克隆、性狀控制機理、水稻轉(zhuǎn)基因及其利用、優(yōu)良性狀的分子設(shè)計育種基礎(chǔ)研究。水稻種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種應用研究主要開展水稻有利基因發(fā)掘與創(chuàng)新、育種新材料創(chuàng)制、新品種選育研究。水稻病蟲成災機理與控制研究主要開展水稻病原菌致病性及變異機制，水稻抗病蟲的分子調(diào)控，水稻害蟲種群演替、發(fā)生及流行擴散機制等研究，轉(zhuǎn)基因抗病蟲水稻培育及安全性評價。水稻可持續(xù)生產(chǎn)基礎(chǔ)與應用研究主要開展水稻抗病蟲草害應用、水稻抗逆（旱、寒、鹽堿）應用及新技術(shù)應用于水稻生產(chǎn)研究。

健康生長的水稻

根據(jù)研究方向，實驗室組建了功能基因組學研究、超級稻研究、水稻病蟲成災機理與控制研究及水稻可持續(xù)生產(chǎn)基礎(chǔ)與應用研究4個研究團隊。其中，功能基因組學研究團隊主要從事水稻分子育種基礎(chǔ)研究、功能基因組學研究、蛋白質(zhì)組研究、代謝組學研究；超級稻研究團隊主要從事超級稻研究、資源發(fā)掘與利用研究、育種材料創(chuàng)制等研究；水稻病蟲成災機理與控制研究團隊主要從事水稻病原菌致病性及變異機制、抗病蟲的分子調(diào)控，水稻害蟲種群演替、發(fā)生及流行擴散的機制，轉(zhuǎn)基因抗病蟲水稻培育及安全性評價等研究；水稻可持續(xù)生產(chǎn)基礎(chǔ)與應用研究團隊主要從事新型栽培技術(shù)研究、生理生態(tài)研究、轉(zhuǎn)基因安全研究。

不斷進取

實驗室在運行中形成了多性狀綜合分析重要種質(zhì)、多學科協(xié)作創(chuàng)造重要材料、多途徑并舉攻克重要難題的特色，取得了許多重要研究成果，先后獲得國家科技進步獎一等獎、二等獎、三等獎及國家自然科學獎一等獎、二等獎、三等獎等獎勵；研究成果分別在Nature、Science、Nature Genetics、PNAS、Plant Cell等雜志發(fā)表。

2019年12月13日，水稻生物學國家重點實驗室種質(zhì)創(chuàng)新團隊在Scientific Reports在線發(fā)表了題為“Using CRISPR-Cas9 to generate semi-dwarf rice lines in elite landraces”的論文，提出了利用基因編輯技術(shù)快速減緩綠色革命帶來的遺傳侵蝕效應。

遺傳侵蝕指的是隨著農(nóng)業(yè)工業(yè)化發(fā)展，栽培的農(nóng)作物會失去大量遺傳資源，群體內(nèi)多樣性會大大降低，存在潛在生物或者非生物侵害危機。綠色革命基因sd1應用水稻育種以來，帶有半矮稈基因植株的改良品種在多個生態(tài)區(qū)得到較快推廣，淘汰了當?shù)胤N植的農(nóng)家品種，這種單一化的現(xiàn)代品種種植現(xiàn)象在中國尤為突出。研究人員認為，利用基因編輯工具，對已經(jīng)保存的大量高稈農(nóng)家品種進行半矮稈sd1基因的編輯，可以大量且迅速獲得單一位點破壞但仍保留其他優(yōu)良農(nóng)藝性狀特點的種質(zhì)，這比當初僅僅依靠自發(fā)等位突變的sd1基因通過雜交、回交獲得改良品系，不僅有效率上的優(yōu)勢，更重要的是可以更大程度上保留地方品種優(yōu)良特性。

該研究中研究人員選擇了亞洲栽培稻aus生態(tài)型代表品種kasalath和越南著名廣譜性抗稻瘟病品種特特普，進行sd1靶位點編輯?？紤]特特普抽穗晚的特性，研究人員同時還對se5抽穗期基因進行編輯，這些編輯使研究人員成功獲得了攜帶有新的不同等位突變sd1變異體和帶有sd1se5雙突變的特特普編輯株系。研究發(fā)現(xiàn)，至少兩個帶有新的sd1突變的kasalath株系在同樣栽培條件下表現(xiàn)出比kasalath增產(chǎn)的趨勢；特特普編輯成半矮稈的株系，其廣譜的抗稻瘟病特性不僅沒有減少，反而有一定程度的增加，這為研究人員保護利用好水稻遺傳資源提供應對危機的準備。

另外，2019年，國際著名病毒學雜志Journal of Virology在線發(fā)表了水稻生物學國家重點實驗室微生物資源與生物農(nóng)藥創(chuàng)新團隊完成的研究論文“Identification and Characterization of the Nucleolar Localization Signal of Autographa californica Multiple Nucleopolyhedrovirus LEF5”，該論文揭示了昆蟲桿狀病毒LEF5蛋白的核仁定位信號及其功能。

桿狀病毒（Baculovirus）是一類特異感染節(jié)肢動物的雙鏈環(huán)狀DNA病毒。由于其防效高、對人畜無毒以及對環(huán)境安全等優(yōu)點，桿狀病毒被作為生物殺蟲劑廣泛應用于害蟲防治。此外，桿狀病毒也被開發(fā)成為高效的真核表達載體，應用于藥物研發(fā)以及疫苗生產(chǎn)領(lǐng)域。而核仁是許多病毒感染過程中的重要作用靶標，目前多種病毒編碼的蛋白被證實定位于核仁，并篡奪宿主細胞的核仁以利于病毒自身的感染與復制，然而桿狀病毒的感染是否與昆蟲核仁存在關(guān)聯(lián)卻仍未見報道。

研究團隊通過轉(zhuǎn)錄組學分析鑒定了昆蟲細胞的核干細胞因子和核仁纖維蛋白，免疫熒光定位和蛋白印跡等分析首次證實昆蟲核仁結(jié)構(gòu)會隨著桿狀病毒的感染而解體，同時病毒的感染導致核仁蛋白重新分布進而參與桿狀病毒的復制擴增過程。LEF5蛋白是桿狀病毒的一個晚期蛋白，它在桿狀病毒中高度保守。生物信息學分析顯示許多病毒的LEF5帶有核仁定位信號，該核仁定位信號的缺失影響桿狀病毒晚期和極晚期基因的表達，最終導致病毒產(chǎn)量以及多角體合成的下降。該研究對桿狀病毒在昆蟲體內(nèi)擴散機制的闡釋提供了重要的理論依據(jù)，具有潛在的應用價值。

砥礪前行

實驗室積極遵循“開放，流動，聯(lián)合，競爭”的基本方針，與中國科學院、中國農(nóng)業(yè)大學、浙江大學等科研單位和院校開展了廣泛的合作，共同承擔科研課題、合作培養(yǎng)研究生，充分實現(xiàn)資源共享。與日本JIRCAS、美國CornellUniversity、Syngenta公司、法國國際農(nóng)藝研究發(fā)展中心，以及聯(lián)合國糧農(nóng)組織，印度、埃及、俄羅斯、菲律賓、意大利、比利時、奧地利等國家和地區(qū)的科研單位和大學都有合作項目。在未來5年的建設(shè)發(fā)展中，實驗室的努力目標是在雜種優(yōu)勢理論及應用研究上，進入世界前沿；分子設(shè)計育種研究、水稻有害生物致害性機理研究取得重要進展；稻米品質(zhì)機理、轉(zhuǎn)基因水稻環(huán)境安全性研究國內(nèi)領(lǐng)先；建成我國資源最豐富、數(shù)據(jù)最全、利用效率最高的水稻種質(zhì)庫，成為稻作科技界共享的資源平臺；完善分子生物學、基因工程、生理生化及環(huán)境生物學4個公共實驗平臺，面向國內(nèi)外開放，力爭實驗室走向國際前沿。

同時，實驗室還根據(jù)自身的環(huán)境與發(fā)展狀況，確立了人才培養(yǎng)與隊伍建設(shè)的方針：培養(yǎng)既了解生命科學發(fā)展尖端、掌握生命科學前沿理論與技術(shù)，又熟悉水稻科學與生產(chǎn)實際、能洞察和預測水稻生產(chǎn)中的重大科學問題并展開卓有成效的研究的青年學者，鼓勵奉獻精神，安于農(nóng)業(yè)科研。