在春节期间,一则关于“傅向东团队发现赤霉素信号传导新机制提高水稻氮肥利用效率”的新闻几乎被疫情防控的信息所淹没,但这一新发现仍引起了业内的广泛关注。该研究荣登《科学》杂志封面,深入探讨了植物赤霉素信号传导与氮素响应之间复杂相互作用的机制,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的又一重大突破。简而言之,傅向东的研究旨在通过减少氮肥使用来提高水稻产量。
“创新为民,惠泽五州”,傅向东办公室里,小麦遗传育种学家、中国科学院院士李振声题字尤为醒目,这正是傅向东初心和快乐源泉。“能将自己的研究兴趣和国家需求结合在一起,是非常幸福的事。” 傅向东说。
他对遗传学产生兴趣始于中学生物课中关于人类ABO血型遗传的问题。“我觉得太有意思了,A型父亲与B型母亲可以出现A型、B型、AB型,还可能会有O型血的小孩。这是为什么?”回忆那时,他最喜欢做的是推导出父母血型的一系列附加条件题目。他坚定选择了武汉大学生物系遗传专业,而不是热门专业。当师从英国皇家学会会员尼克哈伯德(Nicholas P. Harberd),他专注于赤霉素调节植物生长发育机理。
上世纪60年代,以半矮化育种为特征的第一次“绿色”革命,使全球水稻和小麦产量翻番,解决温饱问题。但科学家们后来开始意识到半矮化农作物虽然对化肥不敏感,但其氮肥利用效率下降带来了环境问题。傅向东用实验证明了这种情况,并构建了一系列基因系统比较,以揭示矮秆基因影响生长发育及氮素代谢影响。此外,他还发现带有绿色矯秆基因植株分蘖数增加但穗粒数减少。
如何在现有高产抗倒伏品种基础上提升其氮素利用效率,或是在现行施肥条件下增加每穗粒数,这成了他的核心问题。他决定回国,将个人兴趣与国家需要结合起来。在中科院遗传与发育生物学研究所工作,他希望开辟新的方向,不再仅仅研究赤霉素作用机理,而是解码超级稻高产性状形成分子机理。他成功克隆直粒穗基因DEP1,并迅速分离出DEP1、GW8、NPT1和LGY3等一批关键基因,为后来的培育优质新品种提供依据。
然而,他逐渐意识到要想既减少氮肥使用,又提高作物产量,要解决我国农业迫切需解决的问题,就必须重新审视当年他英国时思考的问题——如何促进植物生长并无需花费时间减轻负担。他带领团队扎根于植物生命活动——代谢平衡协同机制研究十多年,用GRF4等关键基因揭示绿色矯秆伴随着低效率,以及提出了明确方案。更重要的是,他们找到了NGR5介导赤霉素信号途径调控水稻碳hydrate储存过程中的分子机制,为提高作物产量提供了新的路径。
如今,他关注如何与育种家合作,将基础研究融入实践,“希望我们的基础研究能够与实践经验相结合,推动技术进步”。尽管实验室气候严酷,有些项目迄今未见显著突破,但他坚持认为一个东西只要认准就不要放弃,因为走错一步才能走对一步。如果一开始就知道结果,那只是工程而非科研。
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