狮子山导师园地第六十九期【2017年6月5日】

发布时间:2017-06-05 文章来源:
    

导 师 园 地

第 六十九 期

研究生信息中心编                201765

编者按:

《狮子山导师园地》于201542日正式扬帆起航,本刊面向全校研究生导师发行,将设置导师论道、政策热点、学术前沿、校园风采、教育动态等多个栏目。欢迎广大导师、教育工作者、研究生朋友积极来稿,投稿邮箱:szsdsyd@163.com

本期看点:

  【导师论道】张启发:水稻育种的研究、思考以及变革

  【学术前沿】作物营养遗传团队揭示BnaC4.BOR1;1c基因功能的多样性

  【校园风采】到农村中去:稻田畔的“三农”问学课

  【政策热点】《关于做好2017年度“长江学者奖励计划”人选推荐工作的通知》

【导师论道】

张启发:水稻育种的研究、思考以及变革

去年六月,100多位诺贝尔奖获得者联名要求绿色和平组织停止反对基因修饰作物(GMO)。随着对食品需求的不断增长,中国也将面临着同样的问题:是该重新考虑和评估基因修饰作物了吗?水稻是中国乃至世界最重要的粮食作物之一。近年来,中国科学家在水稻功能基因组学研究领域取得了一系列的重要进展,包括基因和调控机制的研究以及育种平台和技术的开发。然而,与科学研究的进展相反,基因修饰作物在商业化、社会推广和政策框架方面仍有一些问题。《国家科学评论》(NSR)采访了华中农业大学教授、中国科学院院士张启发。关于水稻前沿研究以及转基因水稻的商业化,他与我们分享了自己的一些看法和见解。

中国在水稻基因组学领域取得大幅进步

NSR:请介绍一下近几年水稻研究及育种的重要进展。

张启发:水稻是第一个完成全基因组测序的作物,是功能基因组研究的模式植物。随着高通量技术手段的发展,近几年我们在水稻组学资源和技术平台、重测序、功能基因的克隆和调控网络的解析方面取得了系列重要成果。

1)建立了水稻饱和突变体库。国际上各种类型的插入突变体超过67万份,大约30万个插入可定位于基因组上,根据目前的基因组注释,水稻有56797个基因位点,按每个基因至少有1个插入点来计,这些突变体已标记了70%以上的水稻基因。

2)开发了基于新一代测序技术的高通量功能基因组研究平台。获得了来自446个普通野生稻品种和1083个栽培籼稻和粳稻品种的基因组序列,在此基础上进行了农艺性状的全基因组关联分析,鉴定出大量与性状相关的基因位点;中国农科院、华大基因和国际水稻研究所合作完成了全球3500份水稻核心种质的重测序工作,发现了数十亿记的SNP位点。

3)建立了一个代谢组分析方法和代谢组平台。我国科学家建立了基于广泛定向代谢组分析的作物代谢组学研究平台,利用全基因组关联分析,定位了数百个控制代谢物含量自然变异的位点,获得了一批重要代谢物的候选基因,在此基础上通过遗传及生化分析,鉴定了部分基因的功能、解析并重构了水稻逆境抗性及营养成分相关的重要代谢途径。

4)建立了高通量数值化表型观测平台。我国科学家研制了一种高通量水稻表型测量平台,可以自动获取水稻株高、叶面积、分蘖数等15个表型数据。按45秒测量一个植株计算,124小时可以测量1920个单株,填补了国际上水稻表型测量手段的空白。

5)开发出水稻全基因组选择育种芯片。基于基因组测序和功能基因组研究的成果,研制出三个不同密度(RICE 6K60K90K)的具有我国自主知识产权的水稻全基因组育种芯片,已经成功地应用于水稻杂交群体分析、品种鉴定、定向改良以及分子设计育种实践等,在水稻遗传研究及育种应用中具有非常好的应用前景。

6)确认了大量农艺性状的功能基因及其调控网络。近年来,国内外在水稻重要农艺性状基因克隆和调控机理方面取得了一些重要进展。国外研究发现超表达OsglHAT1基因增加粒重和产量,抗逆相关基因DRO1HYR在干旱胁迫下也能提高水稻产量。OsFIE2参与形成水稻的多梳复合物,调控水稻种子灌浆。同时,克隆了调控根系结构的基因SPIKE和调控光合碳代谢路径的基因TGW6,这些都是影响水稻产量性状的基因。在抗逆基因方面,发现了光敏色素互作蛋白OsPIL1参与调控水稻节间伸长以及干旱胁迫下的反应,蛋白激酶PSTOL1维持水稻在低磷条件下的正常生长发育,RSS1蛋白参与逆境条件下细胞周期的调控并维持分生组织的活性。成功培育出了耐盐水稻品种Kaijin。在探究水稻体内金属元素及微量元素的转运机制及基因克隆也取得了重要进展。

我国科学家在水稻产量、株型、育性、抗逆等重要性状的功能基因克隆和分子机理方面的研究成果丰硕,发现了一大批具有重要应用前景的功能基因。尤其是:揭示了独角金内酯信号转导的“去抑制化激活”机制,为调控分蘖特性培育理想株型水稻建立了分子网络。从分子水平对水稻籼粳杂种不育和广亲和性基因S5的作用机理进行了比较完善的阐述,揭示了水稻籼粳杂种育性调控的分子机制,为水稻亚种间杂种优势奠定了基础。发现了一个控制水稻耐冷的基因组位点,揭示了来源于粳稻的等位基因较为耐冷的机理,或可应用于水稻耐冷性的改良。这三项成果分别发表在《细胞》(Cell)、《自然》(Nature)和《科学》(Science)上,代表了其研究领域的最高成就。

7)转基因水稻的培育。我国培育的转基因抗虫水稻Bt汕优63和华恢1号于2009年获得“农业转基因生物安全证书(生产应用)”,该安全证书的有效期为5年。2014年,农业部再次颁发了转基因抗虫水稻的安全证书。

近五年来,《细胞》、《自然》、《科学》、《自然-遗传学》(Nature Genetics)、《自然-生物技术》(Nature Biotechnology)、《植物细胞》(Plant Cell)和《美国科学院院刊》(PNAS)等高质量期刊发表的水稻基因的文章,有40%来自于中国科学家,反映了我国在水稻基因组学领域的大幅进步。

水稻单位产量有上限

NSR:如你提到的,基因修饰可以提高水稻产量。目前在实验室条件下能得到的水稻最高产量是多少?单位产量有没有一个理论上的最高上限值?

张启发:过去十多年,关于单个基因在特定的遗传背景下能大幅度提高产量的例子很多,国内克隆的多个基因(如Ghd7Ghd8)都有这样的特点,但要使本已很优良的品种进一步提高产量就不容易了。

在特定的实验条件下高产的记录很多,而且不断被刷新,如马达加斯加有过每公顷21吨的记录,我国云南永胜多年前就达到每公顷18吨的产量。

水稻单位面积产量的上限值是科学家们多年来一直在探讨的问题。我个人认为是有上限的,这里涉及的因素很多。现在人们谈得较多的有光能利用效率,认为提高光能利用效率就能提高产量潜力。在一定阶段可能是这样。但随着育种水平的提高,最大的制约因素可能在于田间容纳量,即田间的群体结构及与之相适应的株型。对一个特定的地区,群体结构和株型何以能最大限度地利用光能,何以支撑最高的产量,目前大家都在讲的“设计育种”应该进行这方面的模拟和测算。

中国水稻育种的目标

NSR:提高产量是育种的目标之一,然而不同国家,甚至不同地区的水稻育种目标也不一样。中国水稻育种的目标和计划是什么?

张启发:长期以来,中国水稻生产面临一些重要问题,如:1)水稻单产持续徘徊不前;2)病虫害频发、化学农药过度施用、增产的压力和化学肥料的滥用,导致了资源环境与农业生产的尖锐矛盾;3)水资源匮乏与干旱;4)极端天气(如高温、冷害),等。这些问题对水稻生产和农业可持续发展构成了严峻挑战。

目前中国强调绿色发展作为长期目标,我们倡导培育绿色超级稻,要求新品种抗多种病虫,实现少打或不打农药;要提高品种对肥料的吸收和利用效率,大量减少化肥的施用;品种应具备节水抗旱的性状,减少水资源的使用和干旱造成的损失。

同时,通过水稻育种,我们应该致力于满足各类人群对稻米营养品质的需求,稻米中还应有提高人类健康水平的功能成分,这是目前稻米中所稀缺的。此外,水稻品种还应适应农业转型、机械化耕作、轻简栽培的需求。上述需求在不同的时期会赋予不同的内容,这就要求我们的育种目标和育种技术不断调整。在政府层面上,品种审定的办法也要不断地适应新形势。

基因编辑技术在作物育种上有巨大应用潜力

NSR:近年来的技术进步(如CRISPR基因编辑技术),对水稻等作物的研究和育种有着什么样的意义?

张启发:随着生物技术的飞速发展,新型基因操作技术不断涌现,近年来兴起的以CRISPR为代表的基因(基因组)编辑技术接近成熟,显示出强大的功能和广泛的应用潜力,将对作物的研究和育种带来深远的影响。具体来说,在基础研究方面,以CRISPR为代表的基因(基因组)编辑技术可以很简便地彻底失活或开启任意内源基因,从而可以广泛应用于基因功能研究。在育种方面,基因编辑技术产生的基因变异与传统育种技术利用的基因变异在分子水平上没有差异,现有的技术手段也不能对其进行区分,可以达到使用转基因方法培育“非转基因”产品的效果。目前大家都看到了基因组编辑技术在育种上的巨大应用潜力,但大规模的实际应用还要一定时间。

应积极促进转基因产业化发展

NSR:从实验室研究成果到商业化产品需要经历一个怎样的过程?

张启发:以转基因作物商业化为例,在实验室内培育出转基因材料之后,还需要经过中间试验、环境释放、生产性试验、安全证书申请等环节,在此期间还必须完成环境安全和食用饲用安全的充分评价。获得了安全证书之后,转基因作物还需要进入作物品种审定程序,还需要获得转基因种子的生产许可和经营许可,最后才能进入商业化生产。在顺利的情况下,完成这个过程需要10年以上。

2009年农业部给我们研发的转基因抗虫水稻“华恢1号”及“Bt汕优63”颁发了安全证书,事实上,该转基因材料1988年就已培育成功,1999年通过农业部组织的专家鉴定,显示出非常优良的抗虫效果。目前,我们与全国主要水稻产区的育种单位紧密协作,以“华恢1号”为亲本通过回交转育的方法,培育了一批抗虫性好,高产优质的杂交水稻组合,随时可以推向市场。虽然农业部给转基因抗虫水稻颁发了安全证书,但至今却没有出台配套的转基因水稻品种审定管理办法,这是目前的问题。

美国农业部2014年发表的数据表明,美国转基因抗虫玉米的产业化,使得近年来美国的玉米生产减少农药用量90%以上。如果我国抗虫水稻能产业化,也应该会产生类似的效果。美国的FDA近一年来先后批准了转基因苹果和转基因三文鱼的上市,虽然在世界上引起了不小的轰动,但并没有引起社会问题。因此,我们应该在中国社会澄清对基因修饰生物的担忧,积极促进我国转基因作物的研发与产业化发展。转基因产业化的发展,不仅可克服作物改良的技术瓶颈,还将解决我们所面临的食品安全问题的挑战。

英文原文20161014日发表于《国家科学评论》(National Science Review, NSR),原标题为“Research, rethink and revolutionize rice breeding: an interview with Qifa Zhang”。NSR是科学出版社旗下期刊,与牛津大学出版社联合出版。《知识分子》获NSR和牛津大学出版社授权刊发该文中文翻译。 

 

(文章来源:南湖新闻网发布时间:2017-05-17

 l【学术前沿】

作物营养遗传团队揭示BnaC4.BOR1;1c基因功能的多样性

525日,《Plant, Cell & Environment》期刊在线刊登了我院植物营养遗传团队题为“The boron transporter BnaC4.BOR1;1c is critical for inflorescence development and fertility under boron limitation in Brassica napus”的研究论文。该论文研究揭示了甘蓝型油菜硼转运基因BnaC4.BOR1;1c的生物学功能,证明它在油菜根、地上部茎节和花器官中表达,是油菜正常开花结实所必需的。

硼是植物生长发育必需的微量营养元素。AtBOR1是日本科学家2002年从拟南芥中克隆的第一个硼转运基因,该基因在根中柱薄壁细胞中表达,负责硼的木质部装载,是一个受转录后调控的外向型硼转运子。我院植物营养遗传团队研究发现甘蓝型油菜中有6AtBOR1的同源基因(BnBOR1s),其中2个与AtBOR1相同是组成型表达的,而包括BnaC4.BOR1;1c在内的另外4个的表达受缺硼诱导上调表达(Sun et al., Molecular Biology Reports, 2012)。在本研究中,通过比较发现BnaC4.BOR1;1c氨基酸序列与AtBOR1的相似性高达90%。亚细胞定位结果显示BnaC4.BOR1;1c 定位在细胞质膜上,BnaC4.BOR1;1c基因的启动子连接GUS报告基因在拟南芥苗期根的中柱维管组织、莲座叶基部和花蕾期地上部节点、幼嫩花蕾中有显著强的表达,而且随着花蕾的发育,GUS的活性集中在花蕾的节点处;对应的油菜根、地上部节和花蕾等组织中BnaC4.BOR1;1c都有显著高的表达。过量表达BnaC4.BOR1;1c能互补拟南芥bor1突变体,提高其对低硼胁迫的抗性。利用RNAi技术,在油菜硼高效品种QY10中创制的BnaC4.BOR1;1cRNAi株系对缺硼超敏感,根系硼向地上部的转运受阻,花器官硼的分配显著下降,花蕾柱头外露、干枯脱落,表现出典型的“花而不实”缺硼症,并最终导致荚果瘦小,籽粒产量严重下降(图1)。这些结果证明甘蓝型油菜BnaC4.BOR1;1c基因起着由根向地上部转运硼和地上部硼向花器官分配的功能,这一生物学功能与模式植物拟南芥相比,显示了异源多配体作物甘蓝型油菜基因功能的多样性。

该论文的第一作者是2013级博士研究生张泉,通讯作者是徐芳森教授。

(文章来源:华中农业大学资环学院 发布时间:2017-05-27

【校园风采】

到农村中去:稻田畔的“三农”问学课

520日,国家“千人计划”学者彭少兵教授带领师生40余人来到天门市华丰农业专业合作社。在合作社理事长“中国十佳农民”吴华平的全程陪同讲解下,同学们实地考察了湖北农业新业态,参观了8万亩再生稻以及稻鳅综合种养。在插秧返青不久的稻田畔,彭少兵和同学们一起探讨中国现代农业发展的新模式。

 

驱车3个小时,车还没到合作社,吴华平已早早地站在路口迎接。一下车,同学们便来到华丰的“农业工厂”。大家走在现代化的产房里,看着干净整洁的测土制肥车间、秸秆压缩成型车间、粉碎绿肥车间、产品生产包装车间、沼气工厂连连感慨。吴华平说:“我们合作社现在不买化肥了,自己在车间里测土配肥;稻谷不再廉价卖了,而是自己加工变成品牌大米,借助互联网+农业,直接特供华为等终端市场;秸秆不烧了,自己收回加工成板芯出口海外;废弃物不扔不烧了,变成沼气,变废为宝。”来自植科1401班学生郭双琴说:“我申请大学生创业立项的项目是开办小型农业合作社,今天看了华丰专业合作社,对我的启发很大。技术很重要,但更重要的是坚持”。

当了解到华丰土地租金在高的时候可达1000元每亩,大家感到不可思议,因为现在低价流转土地都具有一定的困难。吴华平表示,其他组织是用钱去租,而华丰是用稻谷去换,按一定的亩产,以规定时间的最高价折算地租。他表示,合作社要做的是定好亩产标准,赏罚分明。

 

彭少兵对同学们说:“我们中国人勤奋上进,农村不缺干具体事的人,但缺有思想会创新的人才。同学们要向吴华平理事长学习,带着思想在农村干事创业。”

走进合作社荣誉展厅,彭少兵形容华丰是“奖项的收割机”。吴华平则表示,合作社的成功是因为社内党员起到了模范作用。他指着中共中央颁发的全国先进基层党组织奖牌说:“这是目前全国唯一颁发给新型农业主体党组织的奖项。华丰现有12个作业组长全部由党员骨干担任,党员的先进作用,在绿野田畴上得到充分发挥。”

 

来到华丰新型农民社区,整洁漂亮的小区,清一色的白墙黑瓦,一栋栋徽派民居拔地而起。面对大家“难道华丰也在搞房地产开发”的疑问,吴华平解释道:“这不是商业开发,而是迁村腾地和‘社村共建’,在保证农民房屋产权和土地性质不变的前提下集并整合村组,既可改善农民生活环境,又能腾出2000亩耕地。”

在合作社大会议室,吴华平和彭少兵分别给师生作了报告。吴华平介绍了合作社创办和十年的探索发展。彭少兵报告了机收再生稻发展现状与展望,重点讲解了再生稻的优势、在湖北地区的发展推广和农业机械的发展现状。他希望同学们学好本领,要有开阔视野和宽广胸怀,立志扎根实业、扎根农业,扎扎实实地做好事、做成事。 

据悉,2017年植物科学技术学院鼓励教师“开小灶”,广大教师积极响应,加入学院“我为人才培养再做一件事”系列活动。此次彭少兵带领师生参观华丰农业专业合作社则属于活动之一。另悉,下次活动将由学院副院长罗朝喜教授组织学生去荆门考察桃树病害,学习湖北桃树产业发展。         

(文章来源:南湖新闻网发布时间:2017-05-23

【政策热点】

关于做好2017年度“长江学者奖励计划”人选推荐工作的通知

各省、自治区、直辖市教育厅(教委),新疆生产建设兵团教育局,有关部门(单位)教育司(局),中央军委政治工作部干部局,部属各高等学校:

为深入落实人才强国和创新驱动发展战略,进一步激发人才创新创造活力,把各方面人才集聚到党和国家的教育事业中来。根据《“长江学者奖励计划”实施办法》(教人〔201110号,以下简称《实施办法》)有关规定,现就深入实施“长江学者奖励计划”及做好2017年度人选推荐工作有关事项通知如下:

一、项目及要求

1. 特聘教授、讲座教授项目

1)特聘教授项目面向全国高校实施,讲座教授项目面向中西部及东北地区高校实施

2)特聘教授、讲座教授人选应具备《实施办法》规定的基本条件。此次特聘教授人选年龄要求为:截至201711日,东部地区高校推荐的自然科学、工程技术领域人选年龄不超过45周岁(197111日后出生),人文社会科学领域人选年龄不超过55周岁(196111日后出生);中西部、东北地区高校推荐的自然科学、工程技术领域人选年龄不超过47周岁(196911日后出生),人文社会科学领域人选年龄不超过57周岁(195911日后出生)。

3)国防科技组人选应长期从事国防科学技术研究,承担国防重大科研项目,取得重大成果,做出重大贡献。

4)高校现职校领导和聘期内的青年学者项目入选者不得推荐;国家“千人计划”入选者(青年项目入选者除外)不在支持之列。

5)特聘教授要牵头组建创新团队,高校应提供必要条件,给予重点支持。

2. 青年学者项目

1)自然科学、工程技术领域人选年龄不超过38周岁(197811日后出生),人文社会科学领域人选年龄不超过45周岁(197111日后出生)。

2)一般具有博士学位,在教学科研一线工作;国内应聘者一般应担任副高级及以上专业技术职务。

3)高校现职校领导不得推荐;国家“千人计划”入选者不在支持之列。

4)根据科研工作实际需要,学校要支持、鼓励青年学者项目入选者组建创新团队,并提供必要条件,给予重点扶持。

二、推荐办法

各省(自治区、直辖市)教育厅(教委)、新疆生产建设兵团教育局、有关部门(单位)教育司(局)、中央军委政治工作部干部局按照隶属关系,组织指导本地区、本系统所属高校人选推荐工作,归口向我司推荐。教育部直属高校直接向我司推荐。

三、工作要求

1. 合理设置岗位。高校应按照《实施办法》有关要求,围绕国家发展战略和区域经济社会发展需求,从学科和人才队伍建设实际出发,与国家重大科研和工程项目结合,与创新平台和创新基地建设结合,与特色优势学科、新兴交叉学科建设结合,合理设置招聘岗位。每个申报学科只能设置1个岗位,同一岗位只能推荐1名人选,从东部地区到西部、东北地区应聘的人选和直接从海外引进的人选不在限制之列。同时,各高校要加强推荐人选的统筹协调,避免与其他相应重大人才计划的重复支持。

2. 严格审核把关。各有关部门和高校要按照“谁推荐、谁负责”的原则,明确招聘遴选程序,严把人选质量条件,切实做到好中选优、宁缺毋滥。高校应组织相关专家或校学术委员会对候选人进行遴选,择优推荐,并对推荐材料、学术道德和政治倾向情况进行严格审核,确保推荐材料的真实性。人选推荐材料需在校内公示一周,对公示期间反映的异议,高校要认真组织调查,有关异议材料及调查结论随推荐材料一并报送。高校党委应严格掌握人选的政治标准和师德表现,对所有推荐人选研究提出书面意见。对于推荐过程中把关不严或出具虚假材料,不能认真履行推荐职责的高校,将进行通报批评并停止下一年度的推荐资格;对于违规引进人才,片面依赖高薪酬高待遇竞价抢挖人才的高校,停止下一年度的推荐资格。

3. 鼓励人才合理流动。高校要坚持育引并举,积极采取措施,通过直接招聘、师生传承、学术交流、专家推荐、驻外使(领)馆教育处(组)推荐等多种渠道,从校外(海外)招聘长江学者。各高校推荐的特聘教授人选中,直接从校外(海外)招聘及近三年回国的人选应不少于20%。鼓励东部地区优秀人才到中西部及东北地区高校应聘,东部地区高校不得到中西部及东北地区高校招聘人选。

四、材料报送

1. 推荐材料分为书面材料和电子材料。书面材料包括推荐函、推荐人选情况汇总表和候选人申报材料(包括候选人推荐表、附件、高校党委对推荐人选政治表现的书面意见及其他相关材料等);电子材料请登陆长江学者申报管理系统(www.shenbao2017.changjiang.edu.cn)填写,内容应与纸质材料一致。国防科技组人选的推荐材料需进行脱密处理,不得上传附件材料。

2. 各有关部门、部直属高校于2017714日前,将候选人电子材料上传至长江学者申报管理系统;于2017721日前,将书面材料报送至教育部科技发展中心。(地址:北京市海淀区中关村大街35803室,邮编:100080

3. 报送相关材料时,若涉及保密信息,要根据《中华人民共和国保守国家秘密法》《科学技术保密规定》的有关规定,妥善做好保密技术处理,并在推荐函中说明。

4. 《实施办法》、学科分组、推荐材料要求等相关材料请通过教育部网站(www.moe.edu.cn)下载、查询。

5. 联系方式:

1)教育部人事司人才与专家处

联 系 人:高颉

联系电话:010-6609682966096830(传真)

电子邮箱:changjiang@moe.edu.cn

2)教育部科技发展中心

联 系 人:刘昕民

联系电话:010-62514684

电子邮箱:changjiang@cutech.edu.cn

附件:1、“长江学者奖励计划”实施办法

22017年度“长江学者奖励计划”分组

32017年度“长江学者奖励计划”书面申报材料要求

教育部人事司

2017522

(文章来源:教育部 发布时间:2017-05-22

 



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