广东高校科创突破:打破猪肉进口依赖 揭开杂交水稻的“中国秘密” 原创

2019 01/15 05:11

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广东省2019年“1号文”《关于进一步促进科技创新的若干政策措施》发布后的第二天,广东科创传来了好消息。

1月8日,在2018年国家科学技术奖励大会上,广东共有45个项目获奖,包括自然科学奖、技术发明奖、科技进步奖,获奖项目数位居全国第4,为近年最好成绩。

时代周报记者梳理发现,本次获奖结果中有9项与广东高校相关,其中4项是以第一完成单位获奖,华南农业大学独揽2项,华南理工大学获1项,广州医科大学第一附属医院获1项。

作为“高效瘦肉型种猪新配套系选育与应用”项目第一完成人,华南农业大学动物科学学院教授、博士生导师吴珍芳获得了国家科学技术进步奖二等奖。“这是百余名研究骨干、千余名科技人员和3万余农户的智慧成果。”他带领团队研发的成果推动了现代养猪产业发展新模式,在产学研合作机制下大规模产业化应用,推广至全国30个省,带动合作农户增收164.3亿元。

“科学没有止境。要有坚定的研究方向,追根问底。”华南农业大学生命科学院教授、博士生导师陈乐天参与的“杂交稻育性控制的分子遗传基础”获得自然科学奖二等奖,他对时代周报记者说,如今项目还只是取得阶段性成果,接下来团队还将继续在研究基础上做分子机理研究,争取将理论成果应用到杂交水稻培育,培育更优良的杂交水稻品种。

广东高校在2018年交出了一张让人满意的科创成绩单,但对科学的追求还在继续。

“华系种猪”打破进口依赖

中国是全球猪肉的最大生产国与消费国,但直到20年前,国内的瘦肉型猪还得靠国外进口。

进入上世纪90年代,人们对猪肉的需求从“有肉吃”变成了“吃瘦肉”。但当时,国内猪的瘦肉率还不到40%,而国外已能达到60%-65%。一方面是国内对瘦肉猪的市场需求激增,另一方面是科研工作者对培育本地种猪的迫切希望。

吴珍芳介绍,当时基本是以引进国外种猪,尝试改良、培育为本地适合种猪的模式,但受限于当时较为落后的育种技术和种质资源不足,多次改良、培育没有成功,变成了不断引进国外种猪,形成长期依赖进口的局面。这也是他和一众科研工作者试图要改变的现实。“中国市场需要什么品种的猪肉,如何满足市场需求改善养殖条件,我们才是最清楚找到适合本地种猪的人。”

但难度不小。“光是在三系杂交配套体系基础上,就有18个品系233个家系的猪。”吴珍芳对时代周报记者说,团队从以上品系中选出了1.5万头种猪个体作为研究原始素材,但如何杂交配套组合形成生产效率高的瘦肉型猪,还得通过种质资源创新、专门化品系选育和四系杂交配套筛选。“过去三系杂交形成固定体系,要打破这体系形成新的杂交配套体系,过程就有大量的探索和失败,还需要不断创新、发明。”

不光是对猪的品种研究要更加深,还要大幅度提高瘦肉率。“要做到符合中国人喜欢吃的肉质,涉及很多关键技术的突破。”吴珍芳向时代周报记者举了一个例子,瘦肉率63%和65%的猪肉,相差3%可能会影响肉质、肉色等,这就需要分子育种技术,找到影响瘦肉率的基因,发现其育种价值以及分子标记及其效应,由此开展分子标记辅助育种,实现肉质、抗性、繁殖力和产品整齐度的同步改良提高。

国内研究瘦肉型猪的科研团队不少。与其他研究成果相比,吴珍芳牵头的这个项目突出的是高效。“所谓高效,就是生长速度快,瘦肉率高,能保持好的肉质,关键在于提升饲料转化效率。”以普通瘦肉型猪和高效瘦肉型猪相比,普通猪每2.6公斤能长1公斤肉,高效猪平均每2.45公斤能长1公斤肉。“别小看这0.15公斤的差别,按每头猪115公斤计算,每头猪能节省约17公斤饲料。”吴珍芳说,同样量饲料的情况下,高效瘦肉型猪吃得少转化高,瘦肉率保持在66%-67%,算是高效、优质、低耗。

“高效瘦肉型种猪新配套系选育与应用”研究至今还在继续,不断改善提升饲料转化率、瘦肉率,形成适合市场需求的好猪、好肉。“除了把现有的配套做好,在基因选择上还有不同的方法、技术研究,使基因选择更精准,能做成满足不同市场需求的最佳组合。”吴珍芳说,团队目标是能够培育华系种猪,形成品牌。

20年寻找杂交水稻的“中国秘密”

与上述意欲培育华系种猪,打破国外进口的情况不同,中国科学院院士、华南农业大学生命科学学院遗传工程研究室研究员刘耀光带领团队研究的“杂交稻育性控制的分子遗传基础”,是在中国擅长的杂交水稻领域上揭开“中国秘密”。

杂交水稻诞生于中国。20世纪70年代初,袁隆平及团队发现花粉败育的野生稻,为杂交稻雄性不育系的选育打开突破口。至今,全球已有40多个国家引种、研究和推广杂交水稻,增产幅度达到20%-30%。尽管成功研制杂交水稻,但背后的杂交育种材料、育性调控的内在道理,却没人能说清。

两个不同稻种的水稻杂交,需要一个稻种只有雌蕊,另一个既有雄蕊也有雌蕊。但水稻是自花授粉植物,雄蕊雌蕊着生在同一朵颖花里,花很小且每朵花只结一粒种子,很难用人工去雄杂交的方法来生产大量的第一代杂变种子。为此,技术人员就需要一个稻种始终只有雌蕊(即“不育系”),一个稻种是雄雌蕊但授粉给不育系后,依旧产生不育系水稻(即“保持系”),另一个稻种则是雌雄蕊授粉给不育系后,却能恢复带有雄蕊的水稻(即“恢复系”),为配制杂交水稻储备不育系、保持系、恢复系的稻种。

“为何雄性不育材料可培育不育系?是什么机理促使它产生不育?”项目核心团队成员陈乐天告诉时代周报记者,如能找到解释上述原因的原理,就能快速找到带有不育、恢复基因的稻种,将其应用到品质优良的水稻品系,进一步扩大杂交组合范围,从而提高水稻产量。

刘耀光团队足足花了20年才找到答案。他们发现,不育基因产生的蛋白与特定核基因产生的蛋白在线粒体相互作用,提前促发产生信号分子,使之不能维持花粉正常发育而发生不育。研究成果不仅从分子遗传基础角度揭示了杂交稻雄性不育的机理,同时以大量翔实的科学依据推翻了美国科学家提出的能量代谢缺陷导致雄性不育的假说,奠定了我国在植物育性研究的国际领先地位。

如今,刘耀光团队正在着手克隆这些基因。由于杂交种子后代性状不稳定,导致杂交水稻育种难、成本高,是令科学家、种子商和农民都非常头疼的国际难题。刘耀光的团队已经有所突破。“2013年成功克隆了不育基因,2014年克隆了第一个恢复基因,团队还在继续探索。”陈乐天说,不育系、恢复系的基因克隆有良好的应用前景,如扩大配组范围,克服远缘杂种不育,由此提升增产的可能性。

“说实话,我们都是在摸着石头过河。”陈乐天说,这个课题具有挑战性而且难度很大,光是培育稻种至少需要3年时间,要培育好的稻种还得10年。研究过程不仅需要耐性,还需要勇气、毅力坚持。如今,与之类似的研究已经被应用在其他作物上,在此研究基础上推演出更多科研项目。

文章来源:时代周报