立足水稻研究
——水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2003年被批準(zhǔn)建設(shè)，2006年12月通過(guò)建設(shè)驗(yàn)收。2006年及2016年，它在生命科學(xué)領(lǐng)域國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評(píng)估中被評(píng)為優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室依托單位為中國(guó)水稻研究所和浙江大學(xué)，以解決我國(guó)稻作科技和水稻生產(chǎn)發(fā)展中的關(guān)鍵問(wèn)題為宗旨，順應(yīng)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展大趨勢(shì)，瞄準(zhǔn)世界水稻科學(xué)發(fā)展前沿，以水稻資源學(xué)和分子育種研究為重點(diǎn)，開(kāi)展水稻生物學(xué)研究，為稻作科技發(fā)展提供先進(jìn)的資源平臺(tái)、技術(shù)平臺(tái)和理論平臺(tái)。

方向明確

水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主要研究方向?yàn)樗竟δ芑蚪M學(xué)與分子育種基礎(chǔ)研究、水稻種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種應(yīng)用研究、水稻病蟲(chóng)成災(zāi)機(jī)理與控制研究、水稻可持續(xù)生產(chǎn)基礎(chǔ)與應(yīng)用研究。

水稻功能基因組學(xué)與分子育種基礎(chǔ)研究主要開(kāi)展基因克隆、性狀控制機(jī)理、水稻轉(zhuǎn)基因及其利用、優(yōu)良性狀的分子設(shè)計(jì)育種基礎(chǔ)研究。水稻種質(zhì)創(chuàng)新與分子育種應(yīng)用研究主要開(kāi)展水稻有利基因發(fā)掘與創(chuàng)新、育種新材料創(chuàng)制、新品種選育研究。水稻病蟲(chóng)成災(zāi)機(jī)理與控制研究主要開(kāi)展水稻病原菌致病性及變異機(jī)制，水稻抗病蟲(chóng)的分子調(diào)控，水稻害蟲(chóng)種群演替、發(fā)生及流行擴(kuò)散機(jī)制等研究，轉(zhuǎn)基因抗病蟲(chóng)水稻培育及安全性評(píng)價(jià)。水稻可持續(xù)生產(chǎn)基礎(chǔ)與應(yīng)用研究主要開(kāi)展水稻抗病蟲(chóng)草害應(yīng)用、水稻抗逆（旱、寒、鹽堿）應(yīng)用及新技術(shù)應(yīng)用于水稻生產(chǎn)研究。

健康生長(zhǎng)的水稻

根據(jù)研究方向，實(shí)驗(yàn)室組建了功能基因組學(xué)研究、超級(jí)稻研究、水稻病蟲(chóng)成災(zāi)機(jī)理與控制研究及水稻可持續(xù)生產(chǎn)基礎(chǔ)與應(yīng)用研究4個(gè)研究團(tuán)隊(duì)。其中，功能基因組學(xué)研究團(tuán)隊(duì)主要從事水稻分子育種基礎(chǔ)研究、功能基因組學(xué)研究、蛋白質(zhì)組研究、代謝組學(xué)研究；超級(jí)稻研究團(tuán)隊(duì)主要從事超級(jí)稻研究、資源發(fā)掘與利用研究、育種材料創(chuàng)制等研究；水稻病蟲(chóng)成災(zāi)機(jī)理與控制研究團(tuán)隊(duì)主要從事水稻病原菌致病性及變異機(jī)制、抗病蟲(chóng)的分子調(diào)控，水稻害蟲(chóng)種群演替、發(fā)生及流行擴(kuò)散的機(jī)制，轉(zhuǎn)基因抗病蟲(chóng)水稻培育及安全性評(píng)價(jià)等研究；水稻可持續(xù)生產(chǎn)基礎(chǔ)與應(yīng)用研究團(tuán)隊(duì)主要從事新型栽培技術(shù)研究、生理生態(tài)研究、轉(zhuǎn)基因安全研究。

不斷進(jìn)取

實(shí)驗(yàn)室在運(yùn)行中形成了多性狀綜合分析重要種質(zhì)、多學(xué)科協(xié)作創(chuàng)造重要材料、多途徑并舉攻克重要難題的特色，取得了許多重要研究成果，先后獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)及國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、二等獎(jiǎng)、三等獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)；研究成果分別在Nature、Science、Nature Genetics、PNAS、Plant Cell等雜志發(fā)表。

2019年12月13日，水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室種質(zhì)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)在Scientific Reports在線發(fā)表了題為“Using CRISPR-Cas9 to generate semi-dwarf rice lines in elite landraces”的論文，提出了利用基因編輯技術(shù)快速減緩綠色革命帶來(lái)的遺傳侵蝕效應(yīng)。

遺傳侵蝕指的是隨著農(nóng)業(yè)工業(yè)化發(fā)展，栽培的農(nóng)作物會(huì)失去大量遺傳資源，群體內(nèi)多樣性會(huì)大大降低，存在潛在生物或者非生物侵害危機(jī)。綠色革命基因sd1應(yīng)用水稻育種以來(lái)，帶有半矮稈基因植株的改良品種在多個(gè)生態(tài)區(qū)得到較快推廣，淘汰了當(dāng)?shù)胤N植的農(nóng)家品種，這種單一化的現(xiàn)代品種種植現(xiàn)象在中國(guó)尤為突出。研究人員認(rèn)為，利用基因編輯工具，對(duì)已經(jīng)保存的大量高稈農(nóng)家品種進(jìn)行半矮稈sd1基因的編輯，可以大量且迅速獲得單一位點(diǎn)破壞但仍保留其他優(yōu)良農(nóng)藝性狀特點(diǎn)的種質(zhì)，這比當(dāng)初僅僅依靠自發(fā)等位突變的sd1基因通過(guò)雜交、回交獲得改良品系，不僅有效率上的優(yōu)勢(shì)，更重要的是可以更大程度上保留地方品種優(yōu)良特性。

該研究中研究人員選擇了亞洲栽培稻aus生態(tài)型代表品種kasalath和越南著名廣譜性抗稻瘟病品種特特普，進(jìn)行sd1靶位點(diǎn)編輯。考慮特特普抽穗晚的特性，研究人員同時(shí)還對(duì)se5抽穗期基因進(jìn)行編輯，這些編輯使研究人員成功獲得了攜帶有新的不同等位突變sd1變異體和帶有sd1se5雙突變的特特普編輯株系。研究發(fā)現(xiàn)，至少兩個(gè)帶有新的sd1突變的kasalath株系在同樣栽培條件下表現(xiàn)出比kasalath增產(chǎn)的趨勢(shì)；特特普編輯成半矮稈的株系，其廣譜的抗稻瘟病特性不僅沒(méi)有減少，反而有一定程度的增加，這為研究人員保護(hù)利用好水稻遺傳資源提供應(yīng)對(duì)危機(jī)的準(zhǔn)備。

另外，2019年，國(guó)際著名病毒學(xué)雜志Journal of Virology在線發(fā)表了水稻生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室微生物資源與生物農(nóng)藥創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)完成的研究論文“Identification and Characterization of the Nucleolar Localization Signal of Autographa californica Multiple Nucleopolyhedrovirus LEF5”，該論文揭示了昆蟲(chóng)桿狀病毒LEF5蛋白的核仁定位信號(hào)及其功能。

桿狀病毒（Baculovirus）是一類特異感染節(jié)肢動(dòng)物的雙鏈環(huán)狀DNA病毒。由于其防效高、對(duì)人畜無(wú)毒以及對(duì)環(huán)境安全等優(yōu)點(diǎn)，桿狀病毒被作為生物殺蟲(chóng)劑廣泛應(yīng)用于害蟲(chóng)防治。此外，桿狀病毒也被開(kāi)發(fā)成為高效的真核表達(dá)載體，應(yīng)用于藥物研發(fā)以及疫苗生產(chǎn)領(lǐng)域。而核仁是許多病毒感染過(guò)程中的重要作用靶標(biāo)，目前多種病毒編碼的蛋白被證實(shí)定位于核仁，并篡奪宿主細(xì)胞的核仁以利于病毒自身的感染與復(fù)制，然而桿狀病毒的感染是否與昆蟲(chóng)核仁存在關(guān)聯(lián)卻仍未見(jiàn)報(bào)道。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析鑒定了昆蟲(chóng)細(xì)胞的核干細(xì)胞因子和核仁纖維蛋白，免疫熒光定位和蛋白印跡等分析首次證實(shí)昆蟲(chóng)核仁結(jié)構(gòu)會(huì)隨著桿狀病毒的感染而解體，同時(shí)病毒的感染導(dǎo)致核仁蛋白重新分布進(jìn)而參與桿狀病毒的復(fù)制擴(kuò)增過(guò)程。LEF5蛋白是桿狀病毒的一個(gè)晚期蛋白，它在桿狀病毒中高度保守。生物信息學(xué)分析顯示許多病毒的LEF5帶有核仁定位信號(hào)，該核仁定位信號(hào)的缺失影響桿狀病毒晚期和極晚期基因的表達(dá)，最終導(dǎo)致病毒產(chǎn)量以及多角體合成的下降。該研究對(duì)桿狀病毒在昆蟲(chóng)體內(nèi)擴(kuò)散機(jī)制的闡釋提供了重要的理論依據(jù)，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

砥礪前行

實(shí)驗(yàn)室積極遵循“開(kāi)放，流動(dòng)，聯(lián)合，競(jìng)爭(zhēng)”的基本方針，與中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、浙江大學(xué)等科研單位和院校開(kāi)展了廣泛的合作，共同承擔(dān)科研課題、合作培養(yǎng)研究生，充分實(shí)現(xiàn)資源共享。與日本JIRCAS、美國(guó)CornellUniversity、Syngenta公司、法國(guó)國(guó)際農(nóng)藝研究發(fā)展中心，以及聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織，印度、埃及、俄羅斯、菲律賓、意大利、比利時(shí)、奧地利等國(guó)家和地區(qū)的科研單位和大學(xué)都有合作項(xiàng)目。在未來(lái)5年的建設(shè)發(fā)展中，實(shí)驗(yàn)室的努力目標(biāo)是在雜種優(yōu)勢(shì)理論及應(yīng)用研究上，進(jìn)入世界前沿；分子設(shè)計(jì)育種研究、水稻有害生物致害性機(jī)理研究取得重要進(jìn)展；稻米品質(zhì)機(jī)理、轉(zhuǎn)基因水稻環(huán)境安全性研究國(guó)內(nèi)領(lǐng)先；建成我國(guó)資源最豐富、數(shù)據(jù)最全、利用效率最高的水稻種質(zhì)庫(kù)，成為稻作科技界共享的資源平臺(tái)；完善分子生物學(xué)、基因工程、生理生化及環(huán)境生物學(xué)4個(gè)公共實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，面向國(guó)內(nèi)外開(kāi)放，力爭(zhēng)實(shí)驗(yàn)室走向國(guó)際前沿。

同時(shí)，實(shí)驗(yàn)室還根據(jù)自身的環(huán)境與發(fā)展?fàn)顩r，確立了人才培養(yǎng)與隊(duì)伍建設(shè)的方針：培養(yǎng)既了解生命科學(xué)發(fā)展尖端、掌握生命科學(xué)前沿理論與技術(shù)，又熟悉水稻科學(xué)與生產(chǎn)實(shí)際、能洞察和預(yù)測(cè)水稻生產(chǎn)中的重大科學(xué)問(wèn)題并展開(kāi)卓有成效的研究的青年學(xué)者，鼓勵(lì)奉獻(xiàn)精神，安于農(nóng)業(yè)科研。