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科学家找到水稻抗虫“疫苗”从基因层面对付褐飞虱

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发表于 2023-12-28 09:35:33 | 显示全部楼层 |阅读模式

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何光存教授在试验田里
□楚天都市报极目新闻记者 柯称 通讯员 吴江龙 武柳青 摄影:通讯员 曹海钢

对话人物

褐飞虱是亚洲水稻生产中的头号害虫。武汉大学生命科学学院杂交水稻全国重点实验室何光存教授,长期从事水稻抗褐飞虱的研究,取得了原创性和系统性成果,找到了帮助水稻对抗褐飞虱的“疫苗”。其成果在全国得到了广泛利用,推动我国抗褐飞虱育种实现了零的突破和大面积生产应用。在《自然》等权威期刊发表论文100余篇;获得发明专利20件;曾以第一完成人获国家技术发明奖二等奖、大北农科技奖特等奖等奖项。

对话背景

12月19日,何梁何利基金2023年度颁奖大会在北京钓鱼台国宾馆举行,何光存教授获2023年度科学与技术进步奖,是全国农学领域三位获奖科学家之一。

当过农民 知道农民最需要什么

极目新闻:您为什么选择学农业?

何光存:像我们武大的朱英国院士那样,老一辈农业科学家中很多人小时候都挨过饿,所以立志解决粮食问题,从而投身农业。我的故事也很简单,可以说是命运的安排。

我出生在湖北麻城黄土岗镇,是村里第一批高中毕业生。那个年代不能考大学,我毕业后就当了民办老师,一年后成为公社认农业技术员,相当于有干部待遇的农民。干了3年,到1976年,我有了推荐上大学的机会。但那时父亲认为我年龄不小了,该结婚成家,不同意我去读书。多亏当时乡党委书记坚持,我才能去华中农业大学读书。那时候是不能选专业的,送我去就是学农学。

极目新闻:后来为什么决定研究水稻抗虫?

何光存:我在华农读硕士时研究水稻耐冷;去菲律宾国际水稻研究所进修学的是水稻抗病;后来去日本爱媛大学读博士,研究稻米品质;在湖北省农业科学院工作时,从事的是水稻育种研究;后来去英国做博士后工作,主要是做体细胞杂交。1995年回国后来到武汉大学,我还是做水稻研究,但是选择了一个全新领域。

武汉大学在野生稻利用研究方面有雄厚基础和优势,我加入了舒理慧教授课题组,选择抗褐飞虱为研究方向。当时不少人觉得抗虫研究可能出不了成果,很少有人去研究这个。但我是当过农业技术员的,我知道农民最需要这个,国家最需要这个。当时选择这个方向是很需要勇气的,记得在国家项目答辩时,专家问我有什么经验,我只能如实回答没有,要边学边做。但国家还是支持了我的想法,说明它真是国家需要的。

用嘴吸虫,每只都要严格称体重

极目新闻:为什么跟褐飞虱死磕了一辈子?

何光存:褐飞虱是一种体长仅几毫米的小飞虫,喜欢蛰伏在水稻基部吸食汁液,造成水稻干枯死亡。它有很强的抗药性,像无人机打农药这种方法,对它用处不大。褐飞虱不仅繁殖快,还能随着季风大规模迁移,是整个亚洲水稻生产中的头号害虫。有权威统计显示,过去十年褐飞虱每年造成我国100多万吨粮食减产,那就是上百亿的损失。所以,我们想先解决这个最严重、最紧迫的问题。

极目新闻:研究虫子就要先养虫子吧?

何光存:是的,一开始我们没有经验,就向华农的张启发院士、杨长举教授还有省农科院的陈其志研究员学。最初只能小规模养,现在我们的温室和大棚里常年大规模饲养褐飞虱。我们要保证它们一年四季每天都有水稻吃,还要控制它们的天敌。

极目新闻:那么小的虫怎么研究?听说还要用嘴巴吸?

何光存:我们发现褐飞虱唾液中含有一种蛋白BISP,会让水稻失去反抗能力,就像蚂蟥吸食人类血液时会让血液不易凝固一样。但有一些野生稻并不怕这个,它们有一种基因,像哨兵一样,发现褐飞虱唾液中的BISP蛋白后,就会给水稻“报警”,激活水稻的防御系统。水稻会产生多种不同的抗虫反应,使褐飞虱不能吸食水稻汁液,因而生长受阻、死亡率上升。哪些水稻能这样“反杀”褐飞虱?就得通过大量精细的实验去寻找。

我们选取刚蜕皮羽化的成虫,而且专门选吃东西更认真的雌虫,体重要求1.8至2.5毫克之间,把它装进一个蜡袋绑在水稻茎秆上,在单独的“房间”里吃48小时,再来测它的体重变化。虫子那么小,称体重时还要麻醉以免它逃走,怎么取呢?机器的力量不好控制,所以我们都是用一根皮管,在尾部堵上棉花,用嘴来吸虫子。

这样麻烦的实验,我们老师和学生都经常要做。2017年我们承担国家自然科学基金重点项目,对1500个水稻品种做褐飞虱三种生物型的抗虫性实验,要无数次重复这种过程,我的研究生开玩笑说腮帮都吸疼了。

找到疫苗,有望十年内看到成效

极目新闻:正是因为这样不怕麻烦,才能找到水稻的抗虫基因?

何光存:我们搜集和鉴定了3000多份野生稻和农家品种,获得了200多份高抗褐飞虱原始资料材料,并成功克隆了第一个抗褐飞虱基因Bph14。但后来研究又发现,超量表达的BISP会持续激活抗性反应,就像人体免疫风暴一样过度反应,最终导致水稻生长发育受到严重影响。怎么能达到精细调控抗性水平?我们继续研究,找到了一种可以造成BISP的自噬降解的蛋白。它就像打扫战场的人,当水稻很好抵御了褐飞虱的攻击,它就会及时降解BISP,解除警报,让水稻恢复正常生长。

极目新闻:三种蛋白就能组合成“疫苗”了?多久有望彻底解决褐飞虱的虫害问题?

何光存:是这样的。今年我们的成果登上《自然》杂志,就是因为弄清楚了三种蛋白互作调控植物抗虫反应分子机制,提出了在不降低产量的前提下实现抗虫育种的新策略。就好像我们发现了一种天然“疫苗”,它可以让水稻很好地抵抗褐飞虱的攻击,又不伤害到自己。我们已经找到了5个抗性好的水稻抗虫基因。水稻育种科学家通过大量实验,证明了这些基因的有效性和重大利用价值。下一步就是由育种专家通过杂交的手段,让更多水稻品种拥有这种打疫苗的效果。水稻育种需要的时间比较长,此外还需要一个推广的过程,我认为经过十年努力,应该能打掉褐飞虱“水稻首要害虫”的帽子。

坚持不懈,学农不仅是田间试验

极目新闻:近30年的研究总算看到成果,最主要的原因是什么?

何光存:首先是要选对方向,要做国家需要的项目,科学尚未突破的项目。然后是坚持,坚持不懈朝这个方向去努力。50岁前,我很少在晚上10时前回过家。这些年,我从没停止过这项研究项目。在学院任院长期间,平时太忙,往往是白天在实验田里忙完,晚上去实验室,每个周六开课题组组会。还有一点非常重要,就是我非常幸运,课题得到了国家项目的持续支持,学校也提供了很好的保障;我们的研究生非常认真刻苦,富有创新精神和能力。此外,我们研究的各个时期都得到了很多同行专家的慷慨帮助和指导。

极目新闻:学农比较艰苦,怎么吸引年轻人?

何光存:学农听起来是辛苦,但很有价值。而且,从事农学相关研究也没有人们想象中那么艰苦。下田是必须的,目的是掌握基本技能,而我们实验室和其他很多实验室一样,配备了经验丰富的工人师傅协助和辅导研究生种好水稻和饲养褐飞虱。同时我们要看到,现代的农学研究已不仅仅是田间试验,而要深入到分子细胞水平,探求机制;也要开展学科交叉研究,有效解决农业生产中的科学与技术难题,做出世界领先和学科前沿的成果。国家高度重视农业研究,科研条件和经费已有了很好的保障,未来我们要寻找新的抗虫途径,还要把水稻中取得的成果应用到其他农作物上去。这些都等着一代年轻人去实现,做出对国家对人民有用的成果,造福全人类。

看透彻了,心会晴的
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