向极微观深入，拓展对生命科学的认知（新知·把握科学研究新趋势）(2)

　　生物大分子重点实验室近年围绕三个方向产出了多项前沿研究成果。在精密观测技术方面，通过突破光学和电子显微成像的时空分辨率，实现光电关联成像，引领超分辨显微成像和生物电镜前沿技术的发展；在精确组装原理方面，揭示了光合作用、感染免疫、细胞器动态等多个重要生命过程中一系列全新的生物大分子组装调控原理；在精准调控设计方面，围绕新型疫苗设计、新药研发、纳米酶设计应用等方面取得了一系列重要突破。

　　“生物大分子研究是培育发展新质生产力的重要手段。”高璞告诉记者，作为生命医学研究的制高点，生物大分子研究正在变革药物、疫苗研发范式，未来市场规模巨大，潜在经济价值很高，“不论是引领科学前沿，还是为研发药物和创新疫苗提供技术基础，生物大分子研究都是我们需要重视的关键领域。”

　　从分子层面阐释作物性状形成的调控机理，带来育种方式革新

　　“瞧，这是水稻幼苗根尖细胞一个切面的照片。仔细观察这张照片，我们能看到在突变体的细胞内，细胞壁形成物质的运输出现了问题，对这种现象深入研究，就可能找到调控水稻茎秆发育的新基因。”在中国农业科学院作物科学研究所（以下简称“农科院作科所”）的透射电子显微镜室，程治军指着照片向记者解释。

　　程治军是农科院作科所研究员，也是该所万建民院士领导的水稻功能基因组研究创新团队成员之一。在纳米尺度，观察不同材料样品的形态和结构，已经是万建民团队开展功能基因研究不可缺少的技术环节。

　　程治军告诉记者，水稻有5万多个基因，功能各不相同，水稻品种之间的“高矮胖瘦”，抗病、抗旱能力，品质、口感等特性差异，都源于基因型之间的差异。想筛选出优异的水稻品种，常规育种方法是在亲本杂交的基础上，根据大田表现，对后代表现型分离的单株进行选择。为了保证选出来的单株具有优异的性状，需要多年多点观察和试验，耗时长，且对表现型容易受环境影响性状的改良效率较低。“育种更像一门艺术，这一过程比较依靠经验，缺少针对性。”

　　功能基因组研究为水稻育种提供了新方法。“功能基因组研究重点关注基因的表达调控及其与环境的应答机制等，研究的是‘基因如何工作’。”万建民团队成员、农科院作科所研究员任玉龙说。

　　从微观着手，通过分子设计，有目的地聚合关键性状基因，优化目标品种的基因型，定向培育品种是未来高效育种之路。

　　通过功能基因组研究方法，科研人员能够从理解基因入手，有针对性选育品种。比如，肾脏病患者不能食用可吸收蛋白含量高的稻米，科研人员便可以找到水稻中调控蛋白的基因，再通过诱变等方法，培育可吸收蛋白含量低的水稻。未来，科研人员可以通过分子设计的方式，精准地设计和培育需要的品种。

　　万建民是国内较早提出和实践水稻分子设计育种的科学家。在国内，万建民带领团队很早就布局功能基因组研究。经过多年持续攻关，团队挖掘了一批水稻重要农艺性状关键基因，研究成果有力推动了水稻功能基因组领域的原始创新，为水稻产业发展提供了科技支撑。其中，攻克“水稻杂种不育”难题是代表成果之一。

　　籼稻多种植于南方，粳稻多种植于北方。两者之间的遗传差异较大，杂种优势明显。据测算，如果籼稻和粳稻亚种间能育成超级杂交稻，预计可比现有杂交水稻增产15%以上。然而，籼粳杂种存在结实率低等问题，这一生殖隔离现象阻碍了杂种优势的利用。