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米兰官网-12年“马拉松”，解码200年悬疑—新闻—科学网

2025-12-06 12:29:37 999+ 公司动态

早晨五点，七月的哈尔滨还有沉浸于安谧之中。宋显伟、孟英及同事们已经抵达水稻盆栽实验场，俯身细心查看一株株稻苗的生长状况，判定是否进入孕穗期——这是水稻对于低温最敏感的要害阶段，也是他们每一年必需精准捕获的“黄金窗口”。一旦确认，他们便当即将秧苗移入人工天气室，开启为期7天、温差节制于15±0.5℃之内的低温举行冷勒迫处置惩罚。时间一到，再迅速转移回盆栽场继承生长。

如许的举动，他们反复了12年。有时极度低温袭来，已经长到要害期间的水稻质料一晚上报废；有时老鼠子夜啃苗，他们拿着扫帚赶老鼠；赶不走老鼠，他们就买来捕鼠夹，放上烤肉串设下“陷阱”，如许一来还有真夹了好几只年夜老鼠！

没人知道这项研究能不克不及乐成，会不会有发表的一天。于无数个看不见光明的时日子里，这群人选择对峙。

直到不久前，故事终究迎来终局——他们的研究结果发表于《细胞》杂志。于中国科学院遗传与发育生物学研究所（如下简称遗传发育所）曹晨风院士的领导下，该所研究员宋显伟与博士后唐善杰、黑龙江省农业科学院耕耘与栽培研究所研究员孟英、中国科学院昆明植物研究所副研究员刘晖等互助，用一场连续12年的“马拉松长跑”，为生物学范畴一个悬置了200多年的争辩——拉马克学说，于份子学层面提供了首个实证证据，也为作物抗逆改进斥地了新路子。

“从一最先研究到此刻，咱们一篇文章都没有发，每一年都于做投资，各人压力也很年夜。试验可以或许乐成，患上益在所有成员的对峙及努力。”曹晨风于吸收《中国科学报》采访时说。

一场科学冒险：挑战两百年的悬案

对于曹晨风团队及互助者来讲，这项科学试验不啻为一场冒险——他们试图为争辩了200多年的“拉马克学说”找到份子层面的直接证据。

拉马克其人，是生在18世纪的一位法国生物学家。他于19世纪初提出了两个闻名的生物进化不雅点：用进废退及得到性遗传。拉马克假想，生物常常利用的器官会逐渐发财，不利用则会退化；且生物于后天情况中得到的顺应性性状，有可能通报给儿女。最广为人知的例子即是长颈鹿：为吃到高处的树叶，不停伸长脖子，这一后天熬炼出的长脖子，也能遗传给儿女。

这一不雅点看似直不雅，却被认为与达尔文“基因随机突变+天然选择”的演化论相悖。尤其是因为持久缺少直接的份子证据，拉马克学说逐渐被生物学界边沿化，甚至被不少人视为进化理论史上“漂亮的过错”。

直到最近几年来，表不雅遗传学研究的鼓起让拉马克学说从头激发存眷。“DNA序列稳定，性状也能转变，这就是表不雅遗传学的基本内在。”曹晨风注释道，“于DNA的4种碱基（G、A、T、C）中，胞嘧啶（C）会发生甲基化润色，形成甲基胞嘧啶。这类甲基化程度的增长或者削减，会直接影响基因的表达效率或者染色体布局，从而转变生物性状。”

表不雅遗传学是曹晨风的“老本行”，她从二十世纪九十年月起就于开展相干研究。2012年，她与西北工业年夜学传授王文的一次对于话，直接催生了这项连续十二年的试验。其时，于云南涛源镇一场“863”项目启动会上，研究进化基因组学的王文饶有兴趣地说，本地水稻超高产的特征也许与“得到性遗传”有关。曹晨风回应：“这个问题颇有趣。但单靠一个案例没法充实证实，假如能证明情况能引诱可不变遗传的顺应性变化，将极具价值。”

两人合计后，曹晨风决议开展一场“水稻南种北移”的耐冷性驯化试验：将不耐冷水稻移经由过程多代冷勒迫，筛选得到耐冷性的株系，从而摸索其于快速情况变化中的顺应与遗传的份子机制。

“依赖DNA序列变异实现这类顺应，往往很是慢。”曹晨风说，“但表不雅遗传变异的速度比DNA序列突变快至少1万倍，它不转变基因序列，却能调控性状。”也就是说，若水稻经由过程表不雅遗传变异得到耐冷性，并能不变遗传，就为拉马克学说提供了份子生物学证据。

一年2万个饮料杯里“淘宝”

2013年，试验正式启动。宋显伟、孟英与遗传发育所技能员郭振华等最先于黑龙江省农业科学院的人工天气温室内举行水稻耐冷性状筛选。

“思绪很清楚：于孕穗期，对于不耐冷的水稻举行冷勒迫驯化，选择每一一代耐冷性提高的稻穗，收成、播种、筛选，云云轮回来去，直到被驯化成不变的耐冷质料。”宋显伟说。

但实操倒是一场极其繁琐浩荡的长期战。每一年四月，团队成员及四周的老黎民将种子播入苗床育苗。三十天后，他们把秧苗一棵棵移栽至饮料杯——每一年要种两万杯。七月是低温驯化的要害期，他们天天早晨下田“摸穗”，判断进入孕穗期的植株后当即标志后，送入人工天气室举行冷处置惩罚。

“那几年真是愁患上睡不着。”孟英回忆，“天气室只有四间，多个试验轮候，水稻到了处置惩罚要害期间，天气室却处所有限无处安设，急患上人失眼泪。”

温度节制更是极其苛刻：冷处置惩罚强度不敷，筛不出真正耐冷的水稻；温渡过低，会致使“三军覆没”。“有一年极度低温，所有质料都冻死了，一粒种子都没留下。”曹晨风轻描淡写的一句话，研究团队却有着不能不重新再来的无奈。

不止云云，苗期要防病御寒，生持久需严酷节制杯中的土肥比例及注水量，冷处置惩罚时期每一株秧苗进出天气室的时间都要切确记载……“事情量极年夜，每一年曹教员、宋教员、咱们团队以和课题组学生都全员扑上。”孟英告诉《中国科学报》说。

但愿呈现于2015年，试验举行到第三代时。宋显伟记患上，一次低温处置惩罚后，一个稻穗冷处置惩罚儿女的坚固率显著提高。“咱们把它的种子播下去，发明所有株的耐冷性都提高了。那一刻咱们就知道，成为了！它得到了可不变遗传的耐冷性了！”

但真实的挑战才方才最先：怎样证实这类耐冷性的表型差异，源在表不雅遗传而非基因序列变化？

“这就像找同卵双胞胎的差别的地方——DNA序列彻底同样，只能经由过程多组学阐发和表不雅遗传编纂技能，一点点筛查。” 曹晨风注释。团队随即对于“驯化系”（耐冷水稻）与“原始系”（不耐冷水稻）睁开全基因组测序、甲基化组、转录组、染色质可和性等多组学的测序，并与擅永生物信息阐发的中国科学院昆明植物研究所的副研究员刘晖互助，举行多组学的对于比阐发。

2018 年，试验进入第六年，团队从近3万个水稻基因中筛选出12个候选基因，并开端锚定了一个基因ACT1。怎样证明它，是摆于研究团队的又一难题。此时，正于攻读博士学位的唐善杰接过“接力棒”，经由过程表不雅编纂技能层层排查，终究证明ACT1 基因启动子区域的甲基化丢掉，是触发耐冷性的“要害开关”。

“咱们用CRISPR-dCas9介导的表不雅编纂技能做了验证：精准去除了ACT1基因的甲基化，原本不耐冷的水稻会酿成耐冷品种；反之，恢复这个区域的甲基化，耐冷性就会消散。”唐善杰说。

更主要的是，这类由情况引诱、甲基化调控的耐冷性，能不变遗传至少五代。“这恰是拉马克所说的焦点——情况引诱的有利性状，可以不变通报。”宋显伟说。

科研没有捷径

5月28日，这项用时12年的研究发表在《细胞》，迅速引起全世界激发进化、表不雅遗传范畴的广泛存眷。该刊审稿人评价其“逾越传统进化论框架，为顺应性进化提供了新范式。”

《现代农业》期刊统一时间约请进化、表不雅、窘境三年夜范畴顶级专家举行点评，认为该研究“为理解情况与遗传的互动提供了全新视角”。Nature、JIPB、Molecular Plant、Trends in Plant Science期刊接踵发文举行专评。

回首12年研究路，宋显伟坦言，最初并无统统掌握。“但科研就是如许，一旦有了设法、设计好试验，就要对峙下去。”

事实上，结果发表的历程，一样布满妨害。“审稿人曾经要求咱们做近等基因系试验，但咱们的‘驯化系’及‘原始系’DNA 序列彻底同样，没法满意这一要求，最初的投稿甚至被直接拒收。” 曹晨风笑着说，“厥后咱们补做了年夜量试验，单是注释‘为何没法做近等基因系’，就及审稿人往返沟通了无数次。”

“基础研究就是如许，要回覆悬而未决的问题，必需经患上起严苛磨练。”曹晨风说。

这项研究不仅为两百年科学争议提供了实证，于农业育种与品种鉴定方面也有效武之地。“经由过程表不雅遗传编纂东西可快速孕育发生抗旱、耐寒等性状显著晋升的作物新种质。”中国科学院院士、植物窘境研究专家种康评价说。以我国东北稻区为例，该区域属在寒区，寒害频发，黑龙江省已经将水稻耐冷性作为稻米新品种核定的主要指标——解析水稻相应低温的份子机制，恰是满意国度农业需求的要害。

于品种鉴定方面，曹晨风增补道：“假如两个种子像同卵双胞胎同样拥有不异的DNA序列，此后的品种鉴定，除了了DNA序列阐发，还有需增长表不雅遗传学鉴定——这对于掩护育种常识产权、规范育种尺度具备主要意义。”

不外，曹晨风暗示，表不雅遗传的不不变性仍会限定其于持久进化中的作用，这也是后续研究中待进一步解决的问题。

谈和研究乐成的要害，曹晨风始终夸大跨团队协作的主要性：“黑龙江省农业科学院有精准的控温装备及富厚的田间经验，研究员孟英、姜树坤等科学家常年负担表型鉴定事情；中国科学院昆明植物研究所刘晖使用生物信息技能，从海量数据中挖掘出甲基化变异纪律——少了任何一个团队，都走不到今天。”

而于孟英眼中，乐成的要害于在“顶层设计+严谨履行”。“曹晨风教员及团队做科研很是当真，他们不急在发文章，就想从底子上解决出产中存于的问题，让农夫真正受益。”她说。而唐善杰则感觉“幸运”：“作物天然演化及驯化往往需要上千年、上万年，而咱们仅用三代冷处置惩罚，就让不耐冷水稻酿成耐冷水稻。但这份幸运的暗地里，是宋教员最初负担使命的勇气，也是团队12年的对峙。”

“科研没有捷径。能为一个悬了200年的学说找到证据，再难也值患上。”宋显伟这么说。（本文图片均由受访者提供）