孔令讓，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院院長(zhǎng)、“泰山學(xué)者”特聘教授、博士生導(dǎo)師，國(guó)家小麥改良中心山東分中心主任，山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系小麥創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)首席專家，山東省農(nóng)作物品種審定委員會(huì)常委兼小麥專業(yè)委員會(huì)主任，山東遺傳學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。先后在《科學(xué)》等期刊發(fā)表論文100余篇，出版教材專著2部;主持或參加審定小麥品種7個(gè)，推廣面積累計(jì)5000多萬畝;成功克隆小麥抗赤霉病基因Fhb7并探明其解毒機(jī)理，該成果在多個(gè)科學(xué)層面取得關(guān)鍵性突破，使我國(guó)在該領(lǐng)域研究走在國(guó)際前列。

全球首次從小麥近緣植物長(zhǎng)穗偃麥草中克隆出抗赤霉病關(guān)鍵基因Fhb7，并揭示了其抗病分子機(jī)制，為糧食提質(zhì)增產(chǎn)再添重磅砝碼——

近日，《科學(xué)》雜志封面文章刊登了山東農(nóng)業(yè)大學(xué)孔令讓教授團(tuán)隊(duì)在小麥赤霉病研究領(lǐng)域的重大成果，這也是我國(guó)小麥研究領(lǐng)域在《科學(xué)》上發(fā)表的首篇文章。

小麥赤霉病堪稱小麥“癌癥”，是全球小麥生產(chǎn)中面臨的重大病害，也是威脅世界糧食生產(chǎn)和食品安全的重大難題。該團(tuán)隊(duì)在全球首次從小麥近緣植物長(zhǎng)穗偃麥草中克隆出抗赤霉病關(guān)鍵基因Fhb7，并揭示了其抗病分子機(jī)制，這為解決小麥赤霉病這一世界性難題找到了“特效藥”。這是繼2019年南京農(nóng)業(yè)大學(xué)馬正強(qiáng)團(tuán)隊(duì)克隆出抗赤霉病Fhb1基因后，我國(guó)科學(xué)家在此領(lǐng)域的又一重大突破。

為了這一天，孔令讓及其團(tuán)隊(duì)已經(jīng)耕耘了35年。

把種質(zhì)資源掌握在自己手里

初夏的田野，在陣陣微風(fēng)的吹拂下，正待干透的麥稈和葉片沙沙作響，仿佛向人們報(bào)告著豐收的消息。每天六點(diǎn)多到麥田里轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)是孔令讓多年的習(xí)慣，這位國(guó)內(nèi)知名專家可以“聽得懂”小麥的聲音，“摸得透”小麥的渴求。

孔令讓告訴科技日?qǐng)?bào)記者，小麥赤霉病除了讓小麥減產(chǎn)毀質(zhì)外，它產(chǎn)生的嘔吐毒素還被世界衛(wèi)生組織定為三級(jí)致癌物，可引起人畜中毒。

孔令讓研究發(fā)現(xiàn)，小麥近緣植物長(zhǎng)穗偃麥草7E染色體長(zhǎng)臂末端攜帶抗赤霉病主效基因，并把該基因命名為Fhb7。歷經(jīng)抗病基因初定位、精細(xì)定位、圖位克隆、抗病分子機(jī)制解析等長(zhǎng)期探索，該團(tuán)隊(duì)最終成功將該基因轉(zhuǎn)移至小麥品種，并明確了其在小麥抗病育種中的穩(wěn)定抗性和應(yīng)用價(jià)值。

“Fhb7基因是禾谷類作物種質(zhì)改良和創(chuàng)新的難得基因。”“雜交水稻之父”袁隆平院士認(rèn)為，F(xiàn)hb7基因的發(fā)現(xiàn)和其抗病機(jī)制解析對(duì)水稻、玉米等作物育種同樣具有重要意義?？琢钭屨J(rèn)為，這一研究的重要意義還在于“我們把小麥抗赤霉病種質(zhì)資源牢牢掌握在了自己手里”!

孔令讓坦陳：“我們農(nóng)業(yè)科研人員，總說要保障國(guó)家糧食安全，安全應(yīng)該有兩層含義，一個(gè)是量的安全，另一個(gè)就是質(zhì)的安全。我們找到這個(gè)基因，能抗赤霉病，分解嘔吐毒素，就是在報(bào)效祖國(guó)。”

一句樸實(shí)的話，詮釋出科學(xué)家的拳拳愛國(guó)之心。

同一個(gè)實(shí)驗(yàn)做了至少30萬次

做小麥雜交，尤其是遠(yuǎn)緣雜交研究，工作細(xì)致而繁重。業(yè)內(nèi)人士常常用一句話形容，“黎明時(shí)下地，晴天一身汗，雨天一身泥。”

偃麥草，小麥的近緣植物。挖掘出偃麥草、粗山羊草、野生二粒小麥等的優(yōu)異基因?qū)胄←溊?，提升小麥抗性和品質(zhì)，豐富種質(zhì)資源，這便是孔令讓的科研路線，但難點(diǎn)很多。

例如，偃麥草是小麥近緣植物，二者染色體間難以自由交換，因此難以得到重組體。再比如，每年大田常規(guī)雜交要做一兩千個(gè)組合，一個(gè)組合要做4個(gè)穗子，每個(gè)小穗保留兩朵小花，每朵小花里三枚花藥都要去掉雄蕊，一枚一枚捏出來，可想而知這個(gè)工作量有多大。孔令讓說，做雜交就是這樣，特別辛苦繁瑣。

“取得重大成果是大家共同努力的結(jié)果，學(xué)生們也付出很多。他們晚上10點(diǎn)前沒離開過實(shí)驗(yàn)室。”據(jù)論文第一作者和共同通訊作者、山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院博士生導(dǎo)師王宏偉介紹，自2016年以來，團(tuán)隊(duì)共分析了2.5萬株實(shí)驗(yàn)小麥，還將重復(fù)性的DNA擴(kuò)增實(shí)驗(yàn)做了至少30萬次。“做科研就要耐得住寂寞。要求每一步必須百分之百準(zhǔn)確，一點(diǎn)錯(cuò)都不能有，這實(shí)際上也把學(xué)生累得夠嗆。”王宏偉說。

“最難的還是缺錢，我們課題組把所有的錢都用在課題上。”孔令讓說。

大約40年前，偃麥草被山東農(nóng)業(yè)大學(xué)引入并列為小麥雜交育種的優(yōu)良材料?？琢钭尨T士期間的課題研究就是圍繞偃麥草染色體片段如何導(dǎo)入普通小麥而展開。當(dāng)時(shí)，細(xì)胞遺傳學(xué)很熱，但在此之前，三四屆師兄師姐的努力都沒有成功，面對(duì)困難和挑戰(zhàn)，導(dǎo)師也幾次詢問他是否換個(gè)題目，但他堅(jiān)持再試一試。

“一根針，一臺(tái)鏡，用手敲，用眼蹬”，就是孔令讓的工作狀態(tài)。

他回憶，“做壓片，取根是關(guān)鍵的第一步。我就傍晚去地里澆水，第二天一早把根挖出來，這時(shí)候根比較粗壯，非常好用，天天工作到下午兩三點(diǎn)鐘才去吃飯。當(dāng)時(shí)的顯微鏡倍數(shù)不高，但能用，所以需要‘用眼蹬’;解剖針很尖，方便取材，但是壓強(qiáng)過大容易毀壞片子，我就把它弄斷，再拿到石頭上磨平，好用多了，整個(gè)片子上都能看到清晰的細(xì)胞分裂相。”

終于，偃麥草染色體及其片段被孔令讓成功導(dǎo)入普通小麥品種。但在科研的長(zhǎng)征路上，這只是“邁出了一小步”。

“田間選材感覺像是在淘寶”

小麥遠(yuǎn)緣雜交結(jié)實(shí)比較困難。

譬如，小麥與粗山羊草雜交需要通過幼胚拯救方能成苗，每年春季，孔令讓團(tuán)隊(duì)在大田要做幾千個(gè)雜交穗子，一個(gè)穗子上大約30個(gè)小花，算下來就是十幾萬枚小花，這里面能得到一兩千個(gè)幼胚，然后再通過幼胚培養(yǎng)成苗。

“田間選擇材料感覺就像是在淘寶，每選到一份好材料還想看下一個(gè)，覺得后面還有更好的，總要選出最好的。”孔令讓說。“選出最好的”，意味著大量的付出。為了打破抗赤霉病基因Fhb7和葉黃素基因Psy之間的連鎖，該團(tuán)隊(duì)用了整整一年時(shí)間，通過分子標(biāo)記輔助選擇和抗赤霉病接種鑒定，完成了21000株Fhb7基因雜合體自交后代的基因型選擇和抗病鑒定工作，最后找到了2株打破了這兩個(gè)基因緊密連鎖的小麥植株，獲得了赤霉病抗性良好且面粉色澤亮白的小麥—長(zhǎng)穗偃麥草短片段易位系。

失敗乃成功之母。但對(duì)科研人來說，如果長(zhǎng)久地努力換來“功虧一簣的打擊”，那么，再度復(fù)盤、重整旗鼓更需要一顆強(qiáng)大的心臟。

在追溯該基因的進(jìn)化歷史時(shí)，孔令讓團(tuán)隊(duì)反復(fù)對(duì)基因組序列進(jìn)行比較分析，結(jié)果在整個(gè)植物界沒有發(fā)現(xiàn)Fhb7的同源基因，卻在偃麥草的共生菌——香柱內(nèi)生真菌中發(fā)現(xiàn)了同源性高達(dá)97%的基因。

“我們第一時(shí)間懷疑可能是基因組組裝被內(nèi)生真菌污染了，非常沮喪，因?yàn)檫@意味著這幾年的努力全部白費(fèi)了。然而過了幾天，我們又對(duì)不同的偃麥草和遺傳重組體進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)該基因的有無與植物的抗、感病表型明顯相關(guān)，讓我們意識(shí)到這個(gè)候選基因是真正的Fhb7。”孔令讓說，這個(gè)沮喪與興奮交織的故事，讓科研充滿著挑戰(zhàn)和樂趣。

“孔教授團(tuán)隊(duì)‘心有大我’的家國(guó)情懷、‘十年磨劍’的科研品質(zhì)和‘集智攻關(guān)’的協(xié)同精神值得全?？蒲泄ぷ髡邔W(xué)習(xí)。”山東農(nóng)業(yè)大學(xué)黨委書記徐劍波的這句評(píng)價(jià)，透露出3個(gè)關(guān)鍵詞，而“集智攻關(guān)”也是孔令讓一直強(qiáng)調(diào)的。

“從2008年我就可以要助手，但觀察了四年，終于在2012年等到了王宏偉。他是生物技術(shù)出身，做了很多關(guān)鍵性工作;2019年初孫思龍來學(xué)校工作，他擅長(zhǎng)基因組學(xué)，分析基因特別在行。”王宏偉、孫思龍同為論文第一作者，為成果的攻克起到了至關(guān)重要的作用。

孔令讓說，團(tuán)隊(duì)接下來的工作是加速品種的審定。“現(xiàn)在已有多個(gè)小麥新品系進(jìn)入了國(guó)家和省級(jí)預(yù)備試驗(yàn)和區(qū)域試驗(yàn)，明年開始就會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)含有攜帶Fhb7基因的新品種。審定了品種，就可以給老百姓用了。”記者 王延斌 通訊員 翟榮惠

關(guān)鍵詞： 小麥