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陶大云研究員查看水稻長勢 供圖
云南省農(nóng)科院陶大云團隊瞄準(zhǔn)水稻種間雜種不育這一世界難題，歷經(jīng)40年艱苦攻關(guān)，取得了亞洲栽培稻及其野生近緣種有利新基因發(fā)掘與育種利用的重大創(chuàng)新成果，為水稻育種提供了具有重要應(yīng)用價值的新基因及理論基礎(chǔ)。
瞄準(zhǔn)世界難題的艱苦攻關(guān)
民以食為天，人類馴化農(nóng)作物的步伐從未停止過。
在農(nóng)作物從原始野生物種到栽培物種的轉(zhuǎn)變中，產(chǎn)量大幅提高，但由此帶來的農(nóng)作物栽培品種遺傳的單一化、生物和非生物抗性的脆弱性等問題也更加突出。究其原因，主要是人類在對農(nóng)作物改良馴化過程中，少數(shù)幾個優(yōu)良的核心親本被反復(fù)使用，短期內(nèi)對農(nóng)作物的產(chǎn)量、抗性、品質(zhì)有很大提高，但同時也加劇了栽培品種基因庫的單一化。就水稻而言，栽培稻野生近緣種中保留了稻屬賴以生存的幾乎所有基因資源，然而這些種質(zhì)資源中95%以上的材料從未在育種中利用過。重要原因之一，就是因為水稻種間甚至種內(nèi)都存在嚴(yán)重的生殖障礙，其中以雜種不育最為普遍，表現(xiàn)就是雜種F1代結(jié)實率低，有利基因隨著雜種不育而流失，雜交育種困難重重。
縱觀水稻產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程，不難發(fā)現(xiàn)，重要新基因的發(fā)掘與利用是水稻生產(chǎn)發(fā)展的創(chuàng)新原動力。世界上兩次水稻“綠色革命”都離不開關(guān)鍵新基因（半矮稈基因及雄性不育基因）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的廣泛應(yīng)用。多年研究表明，認(rèn)識水稻種間雜種不育是打破種間生殖隔離，利用野生近緣種中豐富遺傳變異、雜種優(yōu)勢的基礎(chǔ)。
陶大云是云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院陸稻野生稻研究專家。他敏銳地看到了水稻雜種不育研究的重要性及當(dāng)下研究的局限性，面對種間雜種不育這個在遠(yuǎn)緣雜交育種中繞不過去且很難克服的難題，帶領(lǐng)省農(nóng)科院糧作所陸稻野生稻研究創(chuàng)新團隊自20世紀(jì)80年代起就致力于亞洲栽培稻與非洲栽培稻種間雜種不育的研究。
錨定目標(biāo)，盡管過程艱辛且充滿重重困難，但只要堅持走下去，終究能闖出一條屬于自己的路。在多方支持下，陶大云帶領(lǐng)團隊艱苦攻關(guān)，以有利新基因發(fā)掘與育種利用、育種新方法、種間雜種不育的規(guī)律等為研究重點，經(jīng)過數(shù)十年實踐，總結(jié)形成了栽培稻種間雜交育種方法，發(fā)掘了Rhz2、Rhz3、Dep4、Ep4、Pi57等有利新基因，發(fā)現(xiàn)了S29（t）等12個種間雜種不育新基因，成果論文發(fā)表在《PNAS》《Science》等國際頂尖學(xué)術(shù)期刊或世界高影響因子期刊上，還兩次獲得云南省自然科學(xué)一等獎，彰顯了強勁的科研實力。
挺立國際前沿的重大創(chuàng)新
與亞洲栽培稻同屬于AA基因組的野生近緣種除非洲栽培稻、長雄野生稻外，還有巴蒂野生稻、普通野生稻、尼瓦拉野生稻、展穎野生稻、南方野生稻5種野生稻。這些野生稻含有很多優(yōu)良性狀，例如抗病性、抗蟲性以及其他抗脅迫性，是栽培稻改良可利用的巨大基因庫。
陶大云帶領(lǐng)團隊從國內(nèi)外引進(jìn)、收集的AA基因組野生種中選擇186個非洲栽培稻、21個尼瓦拉野生稻、26個普通野生稻、9個南方野生稻、9個展穎野生稻、18個巴蒂野生稻、9個長雄野生稻及181個亞洲栽培稻的陸稻，涉及稻屬AA基因組全部8個種共計459個編號作供體，亞洲栽培稻粳稻“滇粳優(yōu)1號”作受體，創(chuàng)制26459份種間遠(yuǎn)緣雜交后代滲入材料。選取回交后代花粉育性小于90%的單株用受體親本繼續(xù)回交、定位，培育254份育性近等基因系，并統(tǒng)一在亞洲栽培稻粳稻“滇粳優(yōu)1號”遺傳背景下，創(chuàng)建了國內(nèi)外最豐富的稻屬種間雜種不育材料。在對這批材料進(jìn)行遺傳分析的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)化、規(guī)?；l(fā)掘稻屬AA基因組種間雜種不育的策略，為研究其他數(shù)量性狀遺傳的農(nóng)藝性狀提供了思路和方法。
利用這批材料，陶大云團隊發(fā)掘定位了亞洲栽培稻與非洲栽培稻種間雜種不育基因8個、亞洲栽培稻與南方野生稻種間雜種不育基因5個、亞洲栽培稻與長雄野生稻種間雜種不育基因3個、亞洲栽培稻與展穎野生稻雜種不育基因1個。其中，報道新基因12個，占國內(nèi)外已發(fā)表稻屬種間雜種不育基因的一半以上，并且首次發(fā)現(xiàn)亞洲栽培稻與非洲栽培稻種間雜種不育的中性等位變異2個。
與此同時，陶大云團隊與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)萬建民院士團隊、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)劉耀光院士團隊合作，對已分子定位的雜種不育基因進(jìn)行克隆及分子機制研究，取得亞洲栽培稻與南方野生稻的種間雜種不育基因qHMS7的克隆、亞洲栽培稻與非洲栽培稻種間雜種不育基因S1的克隆等合作成果。
基礎(chǔ)研究落地開花。陶大云帶領(lǐng)團隊克服種間雜種不育難題，在世界上首次利用非洲栽培稻資源培育了種間遠(yuǎn)緣雜交后代粳型水稻新品種“云稻一號”，探索了理論指導(dǎo)實踐的實際運用，疏通了稻屬AA基因組遠(yuǎn)緣物種間有利基因交流與育種利用的渠道。
打牢創(chuàng)新地基的擔(dān)當(dāng)作為
2022年7月7日，2021年度云南省科學(xué)技術(shù)獎勵大會在昆舉行。陶大云團隊為主完成的稻屬AA基因組種間雜種不育的遺傳研究獲得云南省自然科學(xué)一等獎，這也是該團隊第二次獲得省自然科學(xué)一等獎。
斬獲大獎，在于團隊取得了多個世界領(lǐng)先的成果，在于團隊前瞻性錨定云南稻作產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，系統(tǒng)性將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為基因優(yōu)勢，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為種子優(yōu)勢的創(chuàng)新實踐。
“從重大、普遍生產(chǎn)問題中提煉重大農(nóng)學(xué)問題、重大科學(xué)問題，長期堅持、系統(tǒng)研究；應(yīng)用研究與應(yīng)用基礎(chǔ)研究相結(jié)合，相互促進(jìn)，既重視在重大、普遍生產(chǎn)問題的基礎(chǔ)上開展應(yīng)用基礎(chǔ)研究，也注重在應(yīng)用基礎(chǔ)研究新進(jìn)展的基礎(chǔ)上高起點開展應(yīng)用研究；好的團隊、好的研究手段與條件、研究人員的努力、具有國際視野的廣泛合作，對科學(xué)研究的成功也很重要?！碧沾笤铺寡浴?/p>
陶大云團隊通過多年的研究，探索出規(guī)?；?、系統(tǒng)化發(fā)掘有利基因的新方法，并已準(zhǔn)備了大量有育種利用價值的中間材料，初步搭建了新基因發(fā)掘、分子育種的研究平臺；與非洲稻作發(fā)展協(xié)會、國際水稻研究所、法國國際熱帶農(nóng)藝研究中心、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所等機構(gòu)（單位）緊密合作、取長補短，始終保持了鮮活的科研創(chuàng)新能力；重視人才培養(yǎng)，支持團隊成員在職攻讀學(xué)位，創(chuàng)造機會送團隊成員出國參加培訓(xùn)，鼓勵團隊成員根據(jù)各自研究內(nèi)容申報項目?，F(xiàn)有的6名團隊成員中，陶大云入選新世紀(jì)百千萬人才工程國家級人選、獲國務(wù)院政府特殊津貼，2人為云南省學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人，1人為云南省學(xué)術(shù)技術(shù)帶頭人后備人才，團隊共發(fā)表學(xué)術(shù)論文70篇，其中30篇被SCI收錄，包括《Science》2篇、《PNAS》1篇。
加強基礎(chǔ)研究是實現(xiàn)高水平科技自立自強的迫切要求。云南雖然是稻種資源大省，但卻不是稻種資源強省。陶大云表示，團隊將長期堅持“亞洲栽培稻及其野生近緣種有利新基因發(fā)掘與育種利用”這一方向，針對云南豐富的稻種資源進(jìn)行遺傳解析，同時基于全球的水稻功能基因組研究成就對水稻關(guān)鍵基因進(jìn)行發(fā)掘利用，爭取發(fā)展主動權(quán)，推動云南稻種資源優(yōu)勢向基因優(yōu)勢、種業(yè)優(yōu)勢和經(jīng)濟優(yōu)勢轉(zhuǎn)化，在打好種業(yè)翻身仗中發(fā)揮云南的獨特優(yōu)勢和力量。（云南日報 記者陳云芬）
