李家洋院士：國家需求植根于我的思想深處

文 ｜ 《中國科學報》 記者 馮麗妃

糧食安全是國家安全的重要基礎。如何用世界8%的耕地養活世界20%的人口？種子是農業的“晶片”，育種創新是糧食安全的重要保障。

憑借“水稻高産優質性狀形成的分子機理及品種設計”研究，中國科學院院士、中國科學院遺傳與發育生物學研究所（以下簡稱遺傳發育所）研究員李家洋團隊榮獲2017年度國家自然科學獎一等獎。這一中國自然科學領域的最高獎項，正是該團隊十餘年來不忘初心、牢記使命，誓為祖國種好一棵水稻的最佳寫照。

今年是李家洋赴美留學回國的第三十個年頭，這期間他始終走在大陸植物遺傳學研究創新的最前沿——率先在國内建立模式植物拟南芥分子遺傳學研究體系、率先利用圖位克隆法分離出主糧作物水稻的功能基因、率先在中國提出分子設計育種理念。他帶領團隊從基礎研究走向田間育種，為大陸不同稻區“精準設計”出一系列國審水稻新品種，并播種在祖國大地上。

談及堅持創新的源泉，李家洋近日在接受《中國科學報》采訪時直言：“國家需求這個動力植根于我的思想深處。”

李家洋在江西省上高縣檢視雙季早粳稻長勢。馮麗妃/攝

一個夢想，撐起迎難而上的底氣

李家洋出生于安徽省肥西縣一個農民家庭，高中畢業時，十年動蕩尚未結束。他曾在建築工地當學徒，白天搬磚、挖地基、擡水泥，晚上就在燈光昏暗、人聲嘈雜的集體宿舍看書。憑着這股“鑽”勁兒，他在1977年搭上中國恢複聯考的“首班列車”，考入安徽農學院（安徽農業大學前身）。

大學期間，學習林學專業的他對處于生命科學前沿的分子遺傳學産生了興趣，于是發憤自學，終于在1981年如願考上中國科學院遺傳研究所（遺傳發育所前身）碩士研究所學生。在跟随導師李繼耕研究員做細胞質不育研究的過程中，李家洋逐漸樹立了一個夢想——掌握最先進的知識，培育高産優質的作物，讓老百姓吃得飽、吃得好。

1985年，李家洋赴美留學，在布蘭迪斯大學攻讀博士學位。1991年，在選擇博士後方向時，美國哈佛大學生化系和醫學院的兩位教授都向他投來“橄榄枝”，但心中的夢想讓他抵住了“名校”的誘惑，選擇到美國康奈爾大學從事植物分子遺傳學博士後研究。

李家洋回國前，身邊曾有不少人勸他慎重考慮，因為當時的中國科研基礎薄弱，回國後可能會跟不上世界最前沿研究的發展速度。

但他沒有猶豫。1994年，李家洋回到北京，奔赴一場期待已久的逐夢之旅。

回到遺傳發育所後，李家洋在30多平方米的舊實驗室裡白手起家。缺經費、沒裝置，他和課題組就用别人用過的舊試驗台和淘汰的儀器裝置。

在這種條件下實作夢想，李家洋做好了“打持久戰”的準備。

一開始，為了讓課題組“活下去”，他把目标放在研究周期較短的模式植物拟南芥上，希望在國内建立起分子遺傳學研究體系。“當時的遺傳發育所，乃至整個中國，很多研究是奔着出一個品種去的，對背後分子遺傳機制的分析很少，這方面有比較大的創新空間。”李家洋回憶。

很快，李家洋課題組成為國内第一個讓拟南芥在實驗室裡發芽、開花、結籽的團隊。基于此，他帶領課題組在國家傑出青年科學基金等項目的支援下，向當時分子遺傳學研究最前沿的兩大技術——基因圖位克隆技術和基因定點整合技術發起攻關。

其中，他們在圖位克隆技術研究方面獲得了巨大成功。2000年，李家洋帶領課題組從拟南芥的2萬多個基因中大海撈針，采用圖位克隆法分離出導緻細胞死亡的基因并解釋了背後機制。這是大陸科學家首次利用圖位克隆法把高等生物的一個功能基因從諸多基因中分離出來，奠定了大陸基因圖位克隆的基礎。

這項研究也為李家洋在水稻育種中進行基因克隆提供了技術路線。

一個理念，掀起一場育種革命

拟南芥研究隻是短期目标，李家洋從未放下用所學為作物增産、保障國家糧食安全的初衷。1997年，實驗室剛剛穩定下來，他決定研究大陸最重要的糧食作物——水稻。

那時候，李家洋通常晚上11點後才從實驗室回家。在實驗室，他經常碰到中國水稻研究所的錢前博士，後者當時在遺傳發育所研究員朱立煌實驗室做水稻研究。兩人經常一起讨論如何開展水稻遺傳育種，随着讨論的深入，他們的思路越來越清晰。“水稻最重要的性狀是産量，産量性狀中最難的又是分蘖數調控機理研究，我們就決定從水稻分蘖做起。”李家洋說。

經過7年研究，他們通過圖位克隆技術克隆了調控水稻分蘖的關鍵基因——MOC1。當時，農業科學家普遍認為水稻分蘖由複雜的遺傳網絡決定，這一單基因調控模式的發現，成為大陸水稻功能基因組學發展的一個裡程碑，讓大陸水稻功能基因組研究進入高速發展期。相關研究2003年發表于《自然》，并入選年度中國十大科技進展新聞，還獲得2005年度國家自然科學獎二等獎。

實作了“從0到1”的突破後，李家洋繼續帶領團隊成員克隆出影響水稻分蘖數目、株高、分蘖角度、穗大小、穗型、莖稈強度等株型特征的一系列重要基因。更關鍵的是，他們發現了理想株型形成的關鍵基因IPA1，解析了IPA1介導的株型發育分子機理與調控網絡。

這些關鍵基因的克隆和功能解析，以及基因組測序技術、生物資訊技術等現代生命科學技術的快速發展，為解析生物複雜性狀的遺傳調控網絡帶來機遇，也為育種技術的創新帶來新希望。

當時，大陸正常育種正遭遇發展瓶頸。育種學家選擇親本時不知道哪個基因控制哪個性狀，隻能靠經驗，通過一代代雜交選育出新品種。這不僅使育種周期變長，往往需要8到10年，而且品種間遺傳多樣性狹窄、效率較低，越來越難選育出有突破性的優異品種。

在此背景下，李家洋提出“分子設計”育種的理念：“像設計工業産品一樣，通過把高産、抗病、優質的基因子產品‘組裝’起來，‘設計’出理想的種子。”

這一新理念的提出，将中國的育種技術理念推向了世界前沿。

2013年8月，中國科學院戰略性先導科技專項（A類）“分子子產品設計育種創新體系”啟動。通過4個項目、12個課題、64個子課題和144個任務專題，2100多名科學家嘗試利用這個新科技手段，掀起一場育種革命。

經過5年攻關，該專項在種質資源挖掘、設計品種培育及通用技術研發等方面取得一批重要成果——建立了分子子產品設計育種技術體系，創制了水稻、大豆、小麥和鯉魚新品系200個，審定了新品種27個，并在主産區進行了大範圍推廣。

李家洋帶領課題組“精準設計”的多個水稻新品種已播撒到大陸數千萬畝稻田。

在長江中下遊稻區，他們培育的“嘉優中科”系列超高産、早熟、抗稻瘟病的籼粳雜交稻，畝産達到900公斤，比當地主栽的普通品種增産20%以上。

在東北稻區，他們培育的“中科804”以及“中科發”系列品種産量高、口感好、出米率高、高抗倒伏和稻瘟病，其中僅“中科發5号”累計種植面積就達2000多萬畝。

從基礎理論研究到成果轉化落地，分子子產品設計育種推動了大陸育種技術的跨越式發展，為保障大陸糧食安全提供了科技支撐。

2017年，李家洋與合作者完成的“水稻高産優質性狀形成的分子機理及品種設計”獲得國家自然科學獎一等獎。

國家最高科技獎得主李振聲院士評價，這是繼水稻矮稈化“綠色革命”和雜交水稻之後的第三次重大突破，标志着“新綠色革命”的開始。

一粒種子，譜寫一生奮鬥目标

30年來，李家洋帶領團隊獲得了一項項沉甸甸的榮譽。除了前述的兩項國家自然科學獎，他們的成果還先後6次入選“中國科學十大進展”和“中國十大科技進展新聞”。

李家洋本人也先後獲得中國科學院傑出科技成就獎、未來科學大獎、陳嘉庚科學獎等科技獎勵，并獲得中國科學院院士、美國科學院外籍院士、德國科學院院士等多個院士榮譽稱号。

“好運從來不會無緣無故降臨到一個人頭上。”李家洋的“老搭檔”、中國科學院院士韓斌舉例說，在水稻株型研究方面，李家洋在世界上數一數二，這是因為他花費大量精力，把世界上所有水稻株型幾乎研究遍了。

如今，他仍在稻田裡堅持創新。“大陸有5個水稻主産區，其中4個是戰略區。至少在我心中，有4個稻區肯定要考慮布局新品種。”李家洋對《中國科學報》說。

由于每個稻區的氣候、土壤條件都不一樣，李家洋計劃從長江中下遊到東北，再到華中、華南，針對一個個稻區因地制宜培育不同水稻優異新品種。

2020年以來，他帶領團隊填補育種空白，在長江中下遊地區育出多個雙季早粳稻新品系，實作了大陸早粳稻“零的突破”，并推動建立了大陸首個早粳稻審定标準，有望讓中國老百姓提前一個季度吃上好吃的新粳米。

如今，作為崖洲灣國家實驗室主任，李家洋一邊馬不停蹄地“招兵買馬”，組建人才隊伍，推動這個國家級種子科學技術研究與種業創新平台盡快建設發展；一邊堅持開展育種科學與技術研究。

“我相信，隻要不斷努力、埋頭苦幹，我們的科學與技術研究就能如同一粒粒種子，破土發芽，拔節生長，最終孕育出豐碩果實，為糧食安全和農民富裕作出貢獻。”李家洋說。

“做科研要有一個遠大的目标，這個目标要高于‘找工作、謀飯碗’，也要高于對社會身份和地位的追求。”他鼓勵青年科學家要敢于觸碰并最終攻克最具挑戰性的難題，把個人追求與國家需求結合在一起，創造屬于自己、屬于這個時代的曆史。