《荀子·修身》中曰“篤志而體,君子也。”生逢偉大時代,以堅定的意志和信念,執著專注、竭力奮斗,這已成為科學家傅向東的一種態度、一種習慣和一種責任。他說:“夢想肯定是要有的,隻要你認准了,就不要放棄。”
懷揣“糧食夢” 學成毅然回國
中國老話說得好,“手中有糧,心中不慌。”糧食是人類生存之本,糧食安全是一個國家穩定發展的前提。我國很早就提出了“立足國內、確保產能、適度進口、科技支撐”的糧食安全戰略。如今,新冠肺炎疫情的全球蔓延對各國糧食安全產生了重大沖擊,讓人們更加深刻地認識到糧食安全的重要性。
自上世紀六十年代以來,以半矮稈小麥和水稻新品種培育為標志的“綠色革命”帶來了全球糧食產量的大幅增長,解決了全世界范圍內人口快速增長而引發的糧食危機。40多年后,植物分子生物學和基因組學的發展揭開了“綠色革命”的本質歸於植物激素——赤霉素(gibberellins,GAs)的生物學效應。
2001年,傅向東加入了英國John Innes Centre的英國皇家學會會員Nicholas Harberd教授的實驗室從事博士后研究,從此與赤霉素、“綠色革命”結緣。在短短四年時間裡,傅向東先后在國際知名雜志Nature和Plant Cell上連續發表4篇第一作者論文,這些被譽為突破性研究成果和“裡程碑”性質的論文確立了他在赤霉素等植物激素研究領域的國際知名度。
2005年,傅向東學成回國,任中科院遺傳發育所研究員,並獲得國家自然科學基金委“杰出青年基金”的資助。在國內植物分子遺傳學基礎研究剛剛起步、遺傳發育所科研條件並不樂觀的情況下,他敏銳地感覺到農業科學研究大有希望,於是迅速地、滿懷熱情地組建了自己的研究團隊,啟動了研發工作。
中國是農業大國,也是人口大國。面向新時期國家糧食安全和農業可持續發展的重大戰略需求,傅向東將研究方向投向重要糧食作物——水稻,並將研究方向確定為水稻產量性狀形成的分子機制。對於傅向東來說,這是新的起點,也是新的機遇。本著勤於實踐、勇於創新的科學精神,傅向東開始了長達十余年的執著追求和探索。
2009年,傅向東團隊通過與錢前院士合作,從中國超級稻中克隆了高產關鍵基因DEP1,首次揭示了植物G蛋白信號途徑調控水稻莖尖分生組織活性和產量的新機制﹔繼而發現,DEP1基因具有提高氮肥利用效率的新功能,揭示了G蛋白信號途徑參與調控植物氮信號感知與響應的新機制﹔后來又發現,DEP1可與轉錄因子MADS1蛋白互作,共同調控下游靶基因表達,將優異等位基因dep1-1和OsMADS1lgy3導入現有高產品種可實現水稻高產、高效和優質性狀的協同提升。這些系統性研究成果有兩項發表在Nature Genetics雜志上、一項發表在Nature Communications雜志上,同時得到了Nature China、Trends in Plant Science等雜志、多家媒體和國際同行的廣泛關注和高度評價。
2018年,傅向東克隆了氮高效基因GRF4。應用優異等位基因GRF4ngr2,不僅提高水稻和小麥的氮肥利用效率,同時還可保持其優良的半矮化和高產特性,使水稻在適當少施氮肥的條件下獲得了更高的產量。這項研究從分子水平上闡明了“綠色革命”矮化育種伴隨氮肥利用效率低下的原因,並提出了明確的解決方案,這預示著一場新的“綠色革命”即將到來。研究成果以封面論文形式發表在Nature雜志上,並入選“2018年度中國科學十大進展”。
此外,傅向東還發現了控制水稻粒寬和產量的正調控因子GW8、控制水稻稻米品質的關鍵基因GW7以及控制水稻理想株型基因NPT1,相關研究被先后發表在2012和2015年的Nature Genetics以及2017年的Cell Research雜志上。這些研究成果得到了Nature、Nature Plant等雜志、多家媒體以及日本著名水稻專家Matsuoka教授、牛津大學Nicholas Harberd 教授和康奈爾大學Susan McCouch教授等國際同行的廣泛關注和高度評價,產生了重要國際影響。
比肩國際 不忘初心
“在水稻功能基因組學基礎研究方面,中國已經走在國際前列了,在國際上的影響力也越來越大,但我們不應滿足於現狀。除水稻外,其它作物如玉米、小麥、大豆等的相關研究還亟待深入。在這種情況下,廣泛開展國內國際交流與合作顯得十分重要,隻有在別人基礎上以人之長補己之短,才能實現彎道超車,才會少走彎路。”傅向東很自豪也很謙遜謹慎地說。他還表示,上世紀60年代的“綠色革命”促進了具有地域特點的農業發展,解決了發展中國家的糧食危機問題。
作為一名博士生導師,傅向東在潛心科研的同時毫不放鬆對研究生的教育。他在科研和教學中身先士卒、勤奮踏實,先后培養了20余名研究生和18名博士后,以嚴謹、端正的工作作風和對科研的熱情激勵著學生投身科研、享受科研,同時鼓勵學生積極創新,尊重科學事實,樹立科研為國為民服務的思想。
未來50年,在全球化背景下的中國農業可持續發展和糧食安全仍然面臨巨大挑戰,分子設計育種對於守住糧食安全線將大有可為。“實現這個願景要做的還有很多,這就要求我們倍加努力才行。”