本報(bào)記者 馮麗妃

　　12月的北京天寒地凍，但北五環(huán)中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所(以下簡(jiǎn)稱(chēng)遺傳發(fā)育所)的一座科研樓內(nèi)，水箱里的幾尾銀鯽卻游得歡快。

　　這幾尾魚(yú)是中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所研究員桂建芳團(tuán)隊(duì)千里迢迢從武漢帶來(lái)的“高科技”新品系?！按笠稽c(diǎn)的是兩歲半的‘中科6號(hào)’，能夠讓皰疹病毒的致死率降低七八成，而且它的腸道更長(zhǎng)，消化吸收率高，長(zhǎng)得快，更節(jié)糧。小一點(diǎn)的是一歲半的肌間無(wú)刺銀鯽，能夠讓未來(lái)吃魚(yú)無(wú)需小心翼翼?！惫鸾ǚ枷颉吨袊?guó)科學(xué)報(bào)》介紹說(shuō)。

　　12月22日，中國(guó)科學(xué)院在京舉行A類(lèi)先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)“種子精準(zhǔn)設(shè)計(jì)與創(chuàng)造”(以下簡(jiǎn)稱(chēng)種子專(zhuān)項(xiàng))系列科研成果新聞發(fā)布會(huì)，除了銀鯽這個(gè)“明星”品系，“減肥”不減產(chǎn)的水稻、高產(chǎn)抗病的“放心”小麥、花青素番茄……這些“未來(lái)感”滿(mǎn)滿(mǎn)的高科技成果在會(huì)上“扎堆”亮相。

　　它們都是“精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種”新范式的代表性產(chǎn)物，代表著中國(guó)種業(yè)擁有了自主可控的“中國(guó)芯”?！敖?jīng)過(guò)6年攻關(guān)，種子專(zhuān)項(xiàng)取得了覆蓋理論、技術(shù)、產(chǎn)品的全鏈條體系化突破，實(shí)現(xiàn)了‘三新’——新理論、新技術(shù)、新產(chǎn)品?！狈N子專(zhuān)項(xiàng)首席科學(xué)家、中國(guó)科學(xué)院院士李家洋介紹。

　　“從0到1”，實(shí)現(xiàn)全鏈條突破

　　“作為先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)，種子專(zhuān)項(xiàng)要產(chǎn)出‘用得上、有影響’的成果，要產(chǎn)生格局性的影響，而不僅僅是寫(xiě)幾篇論文，或者申請(qǐng)幾個(gè)專(zhuān)利?！崩罴已笤诎l(fā)布會(huì)上開(kāi)宗明義。

　　李家洋表示，中國(guó)以占世界9%的耕地養(yǎng)活占世界近18%的人口。2019年，我國(guó)糧食自給率為82%，保障糧食安全是一個(gè)重大戰(zhàn)略課題。同時(shí)，我國(guó)化肥施用量、農(nóng)藥用量顯著高于世界平均水平，加之氣候變化和自然災(zāi)害的影響，這些共同構(gòu)成了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必須解決的緊迫問(wèn)題。

　　在此背景下，中國(guó)科學(xué)院經(jīng)過(guò)數(shù)年調(diào)研分析，在2019年11月啟動(dòng)種子專(zhuān)項(xiàng)。中國(guó)科學(xué)院內(nèi)外30家單位開(kāi)展協(xié)同攻關(guān)，聚焦水稻、小麥等主要農(nóng)作物和魚(yú)等動(dòng)物，核心目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“一增二減”——增產(chǎn)提質(zhì)、減投提效、減損促穩(wěn)。

　　如今，經(jīng)過(guò)6年攻關(guān)，種子專(zhuān)項(xiàng)在不同維度取得一系列“硬核”突破，創(chuàng)制了37個(gè)“一增二減”先導(dǎo)型品種，累計(jì)推廣先導(dǎo)型作物新品種1448萬(wàn)畝，取得了顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

　　在基礎(chǔ)理論方面，研究人員建立了精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的核心元件庫(kù)，相關(guān)突破直擊農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的“痛點(diǎn)”。比如，發(fā)現(xiàn)讓水稻“減肥”不減產(chǎn)的氮高效基因OsTCP19，在氮肥減少20%~30%的情況下使產(chǎn)量仍保持穩(wěn)定，有助于實(shí)現(xiàn)水稻“綠色革命”；給小麥裝上了“免疫盾牌”，挖掘廣譜抗白粉病且兼具麥瘟病抗性的Pm24，還利用新型赤霉病抗病模塊培育出抗赤霉病、無(wú)嘔吐毒素的高產(chǎn)“放心”小麥“中科166”，使農(nóng)藥用量大幅下降，推廣面積近150萬(wàn)畝，筑牢主糧安全“防護(hù)網(wǎng)”。

　　在底盤(pán)技術(shù)方面，他們儲(chǔ)備了未來(lái)糧倉(cāng)的變革型技術(shù)，為作物精準(zhǔn)遺傳改良提供了有力支撐，在國(guó)際上產(chǎn)生重大影響。例如，專(zhuān)項(xiàng)總體組成員、遺傳發(fā)育所研究員高彩霞團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的多重基因組編輯技術(shù)，一舉打破“抗病不高產(chǎn)”的育種魔咒，創(chuàng)制出既抗白粉病又高產(chǎn)的小麥新種質(zhì)，在2024年拿下我國(guó)首個(gè)口糧作物基因編輯生產(chǎn)應(yīng)用安全證書(shū)——既是通行證，又是里程碑；李家洋團(tuán)隊(duì)首次提出并實(shí)踐了異源四倍體野生稻快速?gòu)念^馴化的新路徑，他們從零開(kāi)始改造野生稻，攻克野生稻遺傳轉(zhuǎn)化、基因組注釋等重重難關(guān)，成功創(chuàng)制出新型四倍體水稻材料，被國(guó)際同行贊譽(yù)“啟動(dòng)了人類(lèi)農(nóng)業(yè)新文明”，為全球糧食安全提供了前瞻戰(zhàn)略性技術(shù)儲(chǔ)備。

　　在核心產(chǎn)品方面，他們實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)創(chuàng)造產(chǎn)品，交出突破性新品種與千萬(wàn)畝推廣的答卷。例如，面對(duì)我國(guó)大豆進(jìn)口量大、生產(chǎn)力不足的難題，研究團(tuán)隊(duì)繪制了全球領(lǐng)先的大豆圖形結(jié)構(gòu)泛基因組圖譜，開(kāi)發(fā)了多維組學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)SoyOmics，精準(zhǔn)聚合優(yōu)良性狀，成功培育出“科豆”“東生”系列等10個(gè)高產(chǎn)、高營(yíng)養(yǎng)大豆新品種；他們還引領(lǐng)了“水產(chǎn)”設(shè)計(jì)育種新浪潮，實(shí)現(xiàn)了“中科6號(hào)”異育銀鯽新品系、鳙魚(yú)“中科佳鳙1號(hào)”、軟鰭新光唇魚(yú)“墨龍一號(hào)”、蝦貝新品種等一系列突破。此外，“中科5號(hào)”異育銀鯽推廣90.5億尾，蝦苗種推廣117.0億尾，貝苗種推廣125.4億粒。

　　打通“最后一公里”，木桶不能有短板

　　會(huì)上，一系列“重磅”成果的涌現(xiàn)，獲得了多位院士專(zhuān)家的高度認(rèn)可。

　　評(píng)審專(zhuān)家、中國(guó)科學(xué)院院士謝華安回憶，1990年他在福建時(shí)，曾親歷小麥赤霉病暴發(fā)，從麥地走出來(lái)后，一身衣服都是黃色的。“小麥赤霉病被稱(chēng)為‘小麥癌癥’，在我國(guó)南北方的影響都非常大，專(zhuān)項(xiàng)在這一方面取得突破性進(jìn)展，我剛才聽(tīng)了尤為高興。”他說(shuō)。

　　中國(guó)科學(xué)院院士瞿禮嘉評(píng)價(jià)稱(chēng)，種子專(zhuān)項(xiàng)在理論研究、技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用推廣等多方面都引領(lǐng)了我國(guó)育種技術(shù)的潮流，多項(xiàng)成果走在世界最前列，真正發(fā)揮了“先導(dǎo)”作用?！疤貏e是打通從頭馴化的理論和技術(shù)，怎么強(qiáng)調(diào)其重要性都不過(guò)分?！宾亩Y嘉說(shuō)，“農(nóng)業(yè)馴化至今有1萬(wàn)年，人類(lèi)僅馴化了250多種植物種子，還有7.5萬(wàn)種潛在可食植物等待馴化，從頭馴化技術(shù)為實(shí)現(xiàn)大食物觀、讓子孫后代擁有更多樣化的食物奠定了理論基礎(chǔ)、做好了技術(shù)準(zhǔn)備。”

　　作為一項(xiàng)顛覆性技術(shù)，基因組編輯技術(shù)已成為全球科技競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)。當(dāng)被問(wèn)及基因組編輯技術(shù)的專(zhuān)利布局時(shí)，高彩霞表示，長(zhǎng)期以來(lái)，基因編輯領(lǐng)域的核心底層專(zhuān)利由歐美國(guó)家主導(dǎo)，而我國(guó)通過(guò)多年自主研發(fā)，目前已在關(guān)鍵核心技術(shù)鏈條上實(shí)現(xiàn)了自主可控。她舉例說(shuō)，作為新一代基因編輯工具，研究團(tuán)隊(duì)挖掘出一種全新的自主可控的核酸酶，并將其命名為T(mén)ranC，已在美國(guó)、歐洲、巴西、日本等7個(gè)國(guó)家和地區(qū)完成專(zhuān)利布局，保護(hù)了我國(guó)在該領(lǐng)域的底層知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為我國(guó)生物育種和糧食安全構(gòu)筑了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)與法律屏障。

　　種子專(zhuān)項(xiàng)的尖端技術(shù)是如何走出實(shí)驗(yàn)室，在廣袤田地里結(jié)出碩果的？

　　在我國(guó)，基礎(chǔ)研究與生產(chǎn)應(yīng)用之間長(zhǎng)期存在“斷層”。為打通成果轉(zhuǎn)化“最后一公里”，李家洋基于多年實(shí)踐提出“五選一定”系統(tǒng)方法論，即選區(qū)域、選目標(biāo)、選性狀、選基因、選材料，最后確定最優(yōu)育種路徑?！耙粋€(gè)好品種就像一個(gè)木桶，能裝多少水，取決于最短的那塊板。我們必須把這幾方面都做到高水平?！崩罴已蠼忉屨f(shuō)。

　　這套方法論也讓李家洋團(tuán)隊(duì)培育的“中科發(fā)”系列水稻新品種成為種子專(zhuān)項(xiàng)中貫穿理論和產(chǎn)業(yè)的“硬核”產(chǎn)品。在東北稻區(qū)，團(tuán)隊(duì)培育的“中科發(fā)5號(hào)”比當(dāng)?shù)刂髟詢(xún)?yōu)質(zhì)品種增產(chǎn)超20%，在鹽堿地中畝產(chǎn)突破600公斤，拿下全國(guó)優(yōu)質(zhì)稻食味品質(zhì)鑒評(píng)金獎(jiǎng)，2024年全國(guó)常規(guī)水稻推廣面積排名第五；在南方雙季稻區(qū)，“中科發(fā)早粳1號(hào)”實(shí)現(xiàn)我國(guó)雙季早粳稻品種“零的突破”，將優(yōu)質(zhì)新粳米上市期提前2~3個(gè)月，讓老百姓更早吃上當(dāng)年的新米。

　　范式革新，定義未來(lái)農(nóng)業(yè)

　　會(huì)上有學(xué)者感嘆，曾經(jīng)，育種靠的是經(jīng)驗(yàn)、運(yùn)氣和一次次等待——傳統(tǒng)育種工作者如同在黑暗中摸索，不知哪個(gè)基因控制哪個(gè)性狀，只能通過(guò)一代代雜交選育，周期長(zhǎng)達(dá)8~10年，且難有突破性進(jìn)展。而今天，在中國(guó)科學(xué)家手中，育種已蛻變?yōu)橐婚T(mén)可預(yù)測(cè)、可編程、可定制的精密科學(xué)。

　　這場(chǎng)變革的重要引擎，正是分子設(shè)計(jì)育種理念的提出與實(shí)踐。

　　2013年8月，中國(guó)科學(xué)院?jiǎn)?dòng)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)“分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系”，掀起了一場(chǎng)育種革命。該專(zhuān)項(xiàng)提出的分子設(shè)計(jì)育種理念，讓中國(guó)育種從“經(jīng)驗(yàn)”走向“設(shè)計(jì)”，也將中國(guó)的育種技術(shù)理念推向了世界前沿，獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

　　種子專(zhuān)項(xiàng)作為“分子模塊設(shè)計(jì)育種創(chuàng)新體系”的新階段，讓我國(guó)在精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種領(lǐng)域建立起自主可控的完整技術(shù)體系，并從“跟跑”“并跑”進(jìn)入部分“領(lǐng)跑”的新階段。

　　中國(guó)科學(xué)院院士、遺傳發(fā)育所副所長(zhǎng)傅向東表示，種子專(zhuān)項(xiàng)為“精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種”走出了一條新路徑，通過(guò)快速定位關(guān)鍵基因、運(yùn)用基因編輯技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)創(chuàng)制，實(shí)現(xiàn)了多性狀協(xié)同改良，不僅為未來(lái)十年的農(nóng)業(yè)發(fā)展作出了示范，也為未來(lái)的農(nóng)業(yè)形態(tài)提供了范本。

　　在談及專(zhuān)項(xiàng)成果的戰(zhàn)略意義時(shí)，中國(guó)科學(xué)院可持續(xù)發(fā)展科技研究局局長(zhǎng)薛強(qiáng)表示，未來(lái)?yè)屨挤N業(yè)科技制高點(diǎn)的勝利標(biāo)志，不僅在于我們是否擁有“備份”的種源，更在于我們能否構(gòu)建起自主的、引領(lǐng)性的種業(yè)科學(xué)體系與創(chuàng)新生態(tài)，要培育更高產(chǎn)、更營(yíng)養(yǎng)、更節(jié)水、更抗災(zāi)的“智慧種子”，為早日實(shí)現(xiàn)種業(yè)科技高水平自立自強(qiáng)、建設(shè)農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)貢獻(xiàn)力量，為全球糧食安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)“中國(guó)方案”。

　　通過(guò)讓青年人挑大梁、擔(dān)任重大科技項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，種子專(zhuān)項(xiàng)還培養(yǎng)了一批能擔(dān)重任的骨干人才，為國(guó)家輸送了400多名博士生與300多名碩士生。遺傳發(fā)育所研究員許操就是骨干科學(xué)家之一，他先后設(shè)計(jì)出可適應(yīng)氣候環(huán)境變化的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)番茄新品系，以及能夠給花朵自動(dòng)授粉的機(jī)器人育種家“吉兒”。

　　談及下一步的育種趨勢(shì)，許操在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示，當(dāng)前農(nóng)業(yè)育種正面臨三場(chǎng)“賽跑”：與氣候變化賽跑、與資源約束賽跑、與技術(shù)革命賽跑。智能育種將是農(nóng)業(yè)科技的戰(zhàn)略必爭(zhēng)之地——不僅要培育能夠自主感知環(huán)境、優(yōu)化資源利用、在低投入下仍保持高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的“聰明作物”，還要借助人工智能、大數(shù)據(jù)、自動(dòng)化等“聰明手段”，高效精準(zhǔn)地加速育種進(jìn)程。

　　作為專(zhuān)項(xiàng)總體組成員，中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院植物研究所研究員種康則表示，在氣候變化和當(dāng)前國(guó)際形勢(shì)下，農(nóng)業(yè)發(fā)展特別是糧食安全正面臨深刻變革。面向未來(lái)，農(nóng)業(yè)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種仍有三大基礎(chǔ)性科學(xué)問(wèn)題亟待解決：復(fù)雜性狀的模塊化耦合機(jī)制仍需要系統(tǒng)性理論支撐；雜種優(yōu)勢(shì)與廣適性的形成機(jī)制尚需深入解析；遺傳轉(zhuǎn)化與再生體系存在瓶頸，其背后的生物學(xué)限制機(jī)制仍待闡明。

　　“解決這些基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，是推動(dòng)我國(guó)從‘經(jīng)驗(yàn)育種’全面邁向‘精準(zhǔn)設(shè)計(jì)育種’，實(shí)現(xiàn)種業(yè)科技自立自強(qiáng)的核心前提?！狈N康說(shuō)。

　　《中國(guó)科學(xué)報(bào)》