仅知道是自然科学一等奖？这项关于吃的研究，你应该了解更多

2018年1月8日，**、国务院在北京召开了盛大的全国科技奖励大会。中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组国家重点实验室李家洋院士代表其领导的研究团队，接受了**总书记、国家主席、*军委主席*同志颁发的中国自然科学领域最高奖项——国家自然科学奖一等奖证书。

中国农业科学院上海生命科学研究所韩斌院士、中国科学院中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室原研究员、中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室研究员、中国科学院上海生命科学研究所研究员黄等领导团队。他们在水稻高产优质性状的分子机理和品种设计方面的研究获得了2017年国家自然科学奖一等奖。

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，养活了世界一半以上的人口。以主要农作物的驯化栽培和主要牲畜的驯养繁殖为标志的农耕文化对人类文明的发展具有重要意义，而栽培稻的起源和驯化对人类农业文明的发展起到了重要的推动作用。《诗经》中已经有一句诗说“八月剥枣，十月收稻”，这说明中国有悠久的稻作历史。

在人类漫长的发展历史中，特别是通过现代遗传育种，成千上万的地方水稻品种和稻种资源被抛在了后面。这些地方品种和种质资源具有广泛的遗传变异，以适应不同种植区的地理和气候条件。对于东亚和南亚等人口密集的地区，米饭是餐桌上必不可少的主食。因此，亚洲种植的水稻已经成为世界上最大的粮食作物之一。亚洲栽培稻主要分为两类，即主要生长在热带和亚热带地区(如长江流域、华南、东南亚等)的籼稻。)和粳稻，主要生长在温带和寒冷地区(如中国东北、日本、朝鲜半岛等)。)。相对而言，籼稻产量较高，粳稻食用品质较好。

现代水稻研究和生产应用中有几个突出的科学问题:控制水稻产量和食用品质的遗传基础是什么？野生稻被驯化成现代栽培稻的起源和过程是什么？不同水稻品种和种质资源的遗传多样性分布如何？在分析上述问题的基础上，如何通过分子设计育种培育高产优质的现代水稻新品种？李嘉阳院士的团队经过十多年的潜心研究，解决了上述科学问题。

提高水稻产量是科学家们不懈追求的目标。在20世纪60年代开始的著名的“绿色革命”中，科学家们利用半矮秆基因来适当降低小麦和水稻的株高，克服了株高高和容易倒伏的问题。在水稻生产中，半矮秆基因的使用极大地促进了东南亚和中国沿海等台风多发地区水稻的高产和稳产。20世纪70年代，以袁隆平院士为代表的中国科学家在水稻杂交育种理论和技术上取得突破，在华南和东南亚等主要水稻产区实现了产量的第二次飞跃，为解决日益增长的人口压力做出了历史性贡献。随着世界人口的快速增长和食品质量要求的不断提高，现代水稻育种理论和技术迫切需要新的突破。

水稻产量由有效穗数、每穗粒数、结实率和粒重决定。其中，水稻株型由株高、分蘖(枝)数和分蘖角度组成。水稻的株型或“高”、“矮”、“肥”、“瘦”直接影响植物的光合作用效率和土地利用率，进而影响有效穗数和每穗粒数，是决定水稻产量的关键因素。水稻的“理想株型”是现代育种理论和技术孜孜以求的梦想。经过十几年的艰苦探索和研究，团队成员发现并分离出了控制水稻理想株型的主基因IPA1(英文缩写为“理想株型”)，并深入分析了控制以IPA1为主的“理想株型”的网络系统。

值得指出的是，在日本这个水稻科研强国，IPA1的一种基因变异被称为“富农稻穗”，这凸显了这一基因的重要性。同时，该团队在分析水稻株型形成的遗传调控网络的研究中揭示了一种新的植物激素strigolactone在调控株型发育中的重要作用和调控机制。相关研究成果先后入选“2010年中国科学十大进展”和“2014年中国科学十大进展”，成为同一研究团队在短短五年内两次入选“中国科学十大进展”的突破性成果。该团队的上述和先前的研究成果创造性地建立了控制水稻株型形成，特别是“理想株型”形成的理论框架，得到了国际学术界的广泛认可和好评。

在现代作物育种中，产量不是追求的唯一主要目标。在中国的大米市场，“东北大米”(即产于中国东北的粳稻品种)因其优良的食用和烹饪质量而成为消费者的首选。稻米的食用和蒸煮品质主要由直链淀粉含量、凝胶稠度、糊化温度及其相互作用决定。稻米品质的研究相对滞后。其中一个重要原因是决定稻米品质性状的遗传网络复杂，对稻米食味和蒸煮品质等重要性状的定量测定指标也存在很大困难。该团队通过相关分析等手段，创造性地发现了调控稻米品质三个重要理化指标的主基因，分析了直链淀粉含量、凝胶稠度和糊化温度之间的相关性，发现了决定这三个特性的主基因和副基因及其相互作用关系，揭示了调控稻米食味和蒸煮品质的精细控制网络。

亚洲栽培稻的起源一直是学术界争议的问题。该团队利用基因组学、群体遗传学和系统发育分析发现，粳稻首先从中国南方的普通野生稻群体驯化而来，然后部分驯化的粳稻与东南亚和南亚的普通野生稻群体杂交来驯化籼稻。该研究结果揭示了野生稻作为亚洲栽培稻驯化的重要性状变化和遗传机制，得到了国际学术界的广泛认可。通过开发全新的基因分型算法和水稻全基因组关联研究方法，该团队对1000多份具有代表性的不同遗传背景的水稻种质资源和地方品种材料进行了系统分析，构建了水稻高密度单倍型图谱(大量染色体单体数据和高密度精细遗传图谱)，找出了世界核心水稻资源遗传变异的“家族背景”，为充分利用丰富多样的水稻遗传资源和开展水稻分子设计育种奠定了基础。

充分利用基础理论研究的优势和成果，建立了水稻分子设计育种的理论框架和技术体系，培育了以“理想株型”为基础的“嘉优中科”系列水稻新品种和以“籼型水稻产量和粳稻品质”为特征的“广两优”系列水稻新品种，并在长江流域推广，为我国水稻分子设计育种和生产的跨越式发展奠定了基础。

国际著名作物遗传学家、国家最高科学技术奖获得者、中国科学院院士李振声高度评价“这一重大成就是继“绿色革命”和杂交水稻之后的第三次重大突破，标志着“新绿色革命”的起点”。

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