求解世界百年
遗传难题
访“农作物杂种优势及其利用的分子生物学基础”项目组
实习生：姜靖
首席：孙其信
时间：2007年8月6日
地点：中国农业大学
夏天的雨，来得特别快。采访当天，我们前脚刚迈进中国农业大学农学楼，豆大的雨点就开始噼里啪啦落下。“你们来得都正是时候。”孙其信教授微笑地说，“有时候就是这样，在特定的时间做特定的事，就能达到预期的效果。”他笑言他和他领衔的“农作物杂种有时及其利用的分子生物学基础”研究也“正是时候”———
记者：孙教授，您好！能不能先给我们介绍一下咱们这项研究怎么个“正是时候”法？
孙其信：袁隆平，相信大家一定不会陌生，首届国家最高科技进步奖获得者之一，国家为何把科学界的最高荣誉颁发给一个搞农业育种的科学家呢？这是因为他培育出的杂交水稻，为国家的粮食安全做出了巨大贡献。杂交水稻相对于普通水稻亩产增加100公斤，1976年开始推广，截止到2003年，水稻累计增产4亿吨，4亿吨是什么概念？相当于上世纪80年代我们国家一年的粮食总产量杂交水稻为什么比普通水稻高产，这正是我们这项研究要回答的问题。
事实上，不光有杂交水稻，还有杂交小麦、杂交玉米、杂交油菜等，上个世纪20年代，美国培育出杂交玉米，截至目前，杂交作物的种植已有100年的历史。在自然界，利用杂种优势来培育后代这种现象非常普遍。举个简单的例子，农村饲养的骡子，是驴和马交配的后代，骡子体格强壮，劳动能力强，可以说兼具驴和马的优点。可以说是杂种优势在自然界中最朴素的运用。生物学上，把这种利用两个不同系的系进行杂交，培育出比亲本更出色的后代，其实就是利用了杂种优势。
为什么利用杂种优势培育出的后代比亲本更出色？这是100多年以来，一直都未攻克的世界难题。我们的这项研究试图找到这一难题的答案。
记者：据我们了解，上个世纪90年代，我们国家有个“攀登计划”，就是为了解决这一难题？
孙其信：没错。当时国家给了不到100万元的科研经费，研究做了5年就停下来了，大家都觉得这个问题很难解决。事实上，国际上其他国家已研究了100年，但一直都没做出来。1998年，我们联合中国科学院、复旦大学等7家科研单位再次向国家申请立项时，国内很多科学家，包括一些院士在内，都认为不太可能做出来。“国际上都回答不了的难题你们怎么可能做出来呢？”
记者：对此您是不是也怀疑过，万一做不出来怎么办？
孙其信：呵呵，科学探索总会有失败的可能，但当时还是比较有信心。我们搞科研习惯跟着国际上走，认为国际上其他国家解决不了的问题，我们就肯定解决不了，其实不然。有两点非常肯定，第一，这项研究非常有意义，我们有必要做，这没有任何争议，不然不会有那么多国家在做。第二，我们有能力做，随着现代科学的发展，我们有了更先进的实验工具和手段。1998年，我们的立项申请虽未批准，但我们已开始做了，取得了一些突破性的成果，2000年，我们拿着这些成果再次申请，专家觉得还不错，可以让我们试试。
记者：这一试就试出了大成果？
孙其信：虽然至今我们尚不能很好的回答这个问题，但我们找到了回答问题的切入点，也取得了一个初步的进展。
为什么杂交稻的产量更高，过去我们侧重于从外观形态和生理指标测定等方面进行研究，其实决定这些表象的核心恰是其内部的基因。决定人类特性的大概有3万多个基因，植物差不多了也有三四万个。那么，这三四万个基因中究竟有多少基因决定水稻等作物高产？这些基因在什么地方？这正是我们这个项目要回答的第一个问题。目前，我们初步回答了这一问题，这领先国际上其他国家3年时间。我们的这一成果发表在了《美国科学院院报》上，业内专家一致认为，这是国际上对杂种优势为什么形成的最全面的遗传学解析，这是非常大的进步。
知道了有多少基因，基因在什么位置，接下来就是要回答基因是什么，他们通过怎样的相互作用来凸显杂交优势，这是我们项目的第二个任务。通俗地讲，基因在生物体内应该各司其职，该干活就干活，不该干活的就去休假。人类很多疾病都是因基因突变引起的，该干活的不干活，不该干活的干活了，基因系统紊乱了。目前我们发现，引起农作物杂种优势的基因其工作效率要明显高于其“爸爸妈妈”，也就是高于它们的亲本体，这就使得水稻高产等。我们先后在国际上发表了两篇文章，第一次把基因工作效率的高低跟其杂种优势结合了起来，换句话说，基因干活的多少直接决定了农作物是否高产。生物学上过去一直认为子女和爸爸妈妈的基因是一样的，可是为什么有的孩子比爸爸妈妈都要高？我们的这一发现就可以很好的回答这一问题。
完成了这两个任务可以说就初步回答了水稻等作物为什么高产的问题。此外，我们还克隆了其中一个决定杂种优势的基因，这在世界上也是首次。2006年初，我们在美国出版的《基因组研究》(GenomeResearch)发表了一篇文章，这个基因的发现使我们更加坚定决定杂种优势形成的是干活的那些基因，这些基因使他干活更卖力。当然，也有可能还有一些基因使得杂种优势消退，使得他干活更少些，目前，我们已向科技部申请，希望能继续此研究。
记者：看来，咱们的研究已获得了国际科学界的认可。
孙其信：没错。德国植物杂种优势研究项目2005、2006年连续特邀我本人和华中农业大学张启发院士作为他们项目的评议人并做大会报告，美国Iowa州立大学Shnable教授以及美国杜邦-先锋种子公司郭梅（MeiGuo）先后访问我们研究课题并开展合作研究；我们课题预研阶段和实施期间发表相关
论文189篇，其中SCI收录106篇，有29篇SCI论文被引用127次。
记者：能不能从应用的角度谈一下，咱们的研究什么时候也能让农民朋友认可？
孙其信：目前我们的研究成果已运用到了生产中去了。举个例子，我们这个项目找到了一些非常好的“爸爸妈妈”，两个非常般配，他们的儿子产量非常高，目前，我们在水稻、油菜等作物中找到了非常好的亲本体。目前，我们的水稻已在湖北、湖南等地推广了1000万亩，玉米已在山东、河南等地推广了2000万亩。
虽然我们的研究属于比较基础的研究，但不管什么研究，终归是要解决实际问题，我们这个研究可使得目前的杂交水稻在原有的基础产量再提高20%。这是非常可观的。众多周知，我们国家目前耕地逐渐减小，但对粮食的需求却逐渐增加，这样一来，如何增加单位面积内的亩产量显得非常关键，利用杂种优势无疑是最好的途径。
还有一点很有意义，现在袁隆平等科学家要想找到杂交产量特别高的亲本体，可能需要七八年的时间，要测试1000对“爸爸妈妈”，才能找到一对最好的，劳动量非常大，一旦这个问题找到了答案，测试范围就可以从1000对缩短为100对，甚至10对。这有点像目前医学上的诊断，在配种之前，就可以诊断出哪些配对可以更好的发挥杂种优势，避免杂种劣势。
记者：能不能预测一下，这一天距离我们还有多远？
孙其信：呵呵———你们这个提问很有挑战性，不过有一点可以肯定，目前国家对这方面的支持力度比较大，今年7月1日已批复让我们做后续研究，我们也汇集了很多这个领域的知名专家，像袁隆平院士今年也加入进来了。这里值得一提的是，目前相关学科发展非常快，这为这项研究的开展提供了很好的条件。举个例子，以前需要10年的时间才能测试出水稻的全部基因，但现在只要一个礼拜就可以完成。
我们赶上了从事研究的好时候，相信通过大家的不懈努力，我们的研究会取得更大的突破。
■编者按
植物杂种优势利用是我国过去30多年粮、棉、油等大田作物和园艺作物产量、品质、抗性大幅增长的主要科技贡献，预计这项技术在未来这些作物的高产、优质、抗逆性改良方面仍将发挥不可替代的核心作用，国际上发展趋势也是如此。
5年前，973计划“农作物杂种优势及其利用的分子生物学基础”项目立项。几年来，根据该项目取得的研究进展和对国际上植物杂种优势机理研究的评述，这一项目在杂种优势的遗传学基础研究和杂种优势功能基因组研究上总体处于国际前沿，在水稻红莲型和玉米S-组CMS不育基因克隆，油菜生态型细胞质雄性不育两用系、显性细胞核雄性不育两系、隐性细胞核雄性不育两系等油菜杂种优势新途径利用与研究方面有所创新。
作者：
2007-8-10