傅向东在滨州学院科研处破译水稻少肥高产的社会密码

傅向东在滨州学院科研处的团队,揭开了水稻少肥高产之谜。社会上对这一新发现的关注度不低,以至于它被《科学》杂志封面报道。这一成果是傅向东团队十多年来对赤霉素和氮素协同调控水稻生长发育机制研究的延伸。简单来说,傅向东致力于如何在减少氮肥使用的情况下提高水稻产量。

“创新为民,惠泽五州”,办公室里挂着小麦遗传育种学家、中国科学院院士李振声题字,这正是傅向东初心与快乐源泉。他说:“将自己的研究兴趣与国家需求结合起来,是非常幸福的事。”

傅向东对遗传学的兴趣从高中就开始了。在中学生物课中,他对于人类ABO血型遗传产生了兴趣。“我觉得太有意思了,A型父亲和B型母亲可以出A型、B型、AB型,还可能会有O型血的小孩。这是为什么?”他回忆,那时候最喜欢做的考试题,就是通过一系列附加条件推导出父母血型的一类遗传题目。

高考填报志愿时,当大多数学生还在犹豫专业时,傅向东坚定选择了武汉大学生物系遗传学专业。他说:“当时有老师劝我考虑一下热门专业,但我这人一旦有想法就会坚持。”这种执拗和坚定让他总是喜欢挑战难题。

留学期间,在英国约翰英纳斯研究中心(John Innes Centre)师从英国皇家学会会员尼克哈伯德(Nicholas P. Harberd),这一位著名的植物生长调节机理研究专家,一直专注于赤霉素调节植物生长发育机理。60年代以降,“绿色革命”使得全球农作物产量翻番解决温饱问题。早在30年代科学家们已发现赤霉素能促进植物生长,但具体机理不清楚,而他的实验室主要工作就是利用拟南芥模式植物来研究赤霉素调控机理。

半个多世纪后,被打上“绿色”烙印的小麦让农学领域专家开始被另一项新的问题困扰。“半矮化农作物株高变矮,使其对化肥不敏感,但带来的后果就是氮肥利用效率也下降,同时又带来了环境问题。”他说。在英国,他用实验证明“绿色”矮秆品种氮吸收能力降低的事实。

构建含有“绿色”矮秆基因和无此基因水稻近等基因系,并系统比较两者的影响发现植株变矮后的氮素吸收及同化能力确实下降。而虽然带有“绿色”矯秆基因水稻分蘖数增加但每穗种子数量减少,如何既要保持现有的优良性状,又能提高其氩素利用效率;或者在现有的施肥条件下是否能提高每穗粒数?这是萦绕在他的心头的问题。

将个人兴趣与国家需要相结合 带着两个问题,他不再满足于拟南芥研究,而更想做些离育种实践更近的事情。他选择回国。当时中科院遗传与发育生物学研究所条件并不算好,“但这里是我想要去的地方,而且所里的氛围很好,我想做一些对国家有用的事情。”

他开始解码超级稻高产性状形成分子机理。目标很明确,就是希望找出来关键基因,将来可以通过分子育种来提高作物产量。“我们从‘沈农265’克隆直粒穗基因DEP1,研究它的高产机理。” “运气很好,我们很快分离出了DEP1,GW8, NPT1 和LGY3等几批高产基因为之一。”

十多年后,他找到GRF4这个与植物氩素吸收及利用率密切相关的基因,从分子水平揭示了“绿色” 矯秆育种伴随着氩肥利用效率降低原因并提出了明确方案。此基础上,他带领团队以水稃生产性状响应为切入点找到了NGR5介导红色的信号通路调控水稃气体利用效率分子的机制。他现在最关心的问题是如何与养殖者合作推动技术进步,不断探索新途径解决农业发展中的环境制约问题。

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