立足水稻研究——水稻生物学国家重点实验室

水稻生物学国家重点实验室2003年被批准建设，2006年12月通过建设验收。2006年及2016年，它在生命科学领域国家重点实验室评估中被评为优秀实验室。实验室依托单位为中国水稻研究所和浙江大学，以解决我国稻作科技和水稻生产发展中的关键问题为宗旨，顺应农业科技发展大趋势，瞄准世界水稻科学发展前沿，以水稻资源学和分子育种研究为重点，开展水稻生物学研究，为稻作科技发展提供先进的资源平台、技术平台和理论平台。

方向明确

水稻生物学国家重点实验室主要研究方向为水稻功能基因组学与分子育种基础研究、水稻种质创新与分子育种应用研究、水稻病虫成灾机理与控制研究、水稻可持续生产基础与应用研究。

水稻功能基因组学与分子育种基础研究主要开展基因克隆、性状控制机理、水稻转基因及其利用、优良性状的分子设计育种基础研究。水稻种质创新与分子育种应用研究主要开展水稻有利基因发掘与创新、育种新材料创制、新品种选育研究。水稻病虫成灾机理与控制研究主要开展水稻病原菌致病性及变异机制，水稻抗病虫的分子调控，水稻害虫种群演替、发生及流行扩散机制等研究，转基因抗病虫水稻培育及安全性评价。水稻可持续生产基础与应用研究主要开展水稻抗病虫草害应用、水稻抗逆（旱、寒、盐碱）应用及新技术应用于水稻生产研究。

健康生长的水稻

根据研究方向，实验室组建了功能基因组学研究、超级稻研究、水稻病虫成灾机理与控制研究及水稻可持续生产基础与应用研究4个研究团队。其中，功能基因组学研究团队主要从事水稻分子育种基础研究、功能基因组学研究、蛋白质组研究、代谢组学研究；超级稻研究团队主要从事超级稻研究、资源发掘与利用研究、育种材料创制等研究；水稻病虫成灾机理与控制研究团队主要从事水稻病原菌致病性及变异机制、抗病虫的分子调控，水稻害虫种群演替、发生及流行扩散的机制，转基因抗病虫水稻培育及安全性评价等研究；水稻可持续生产基础与应用研究团队主要从事新型栽培技术研究、生理生态研究、转基因安全研究。

不断进取

实验室在运行中形成了多性状综合分析重要种质、多学科协作创造重要材料、多途径并举攻克重要难题的特色，取得了许多重要研究成果，先后获得国家科技进步奖一等奖、二等奖、三等奖及国家自然科学奖一等奖、二等奖、三等奖等奖励；研究成果分别在Nature、Science、Nature Genetics、PNAS、Plant Cell等杂志发表。

2019年12月13日，水稻生物学国家重点实验室种质创新团队在Scientific Reports在线发表了题为“Using CRISPR-Cas9 to generate semi-dwarf rice lines in elite landraces”的论文，提出了利用基因编辑技术快速减缓绿色革命带来的遗传侵蚀效应。

遗传侵蚀指的是随着农业工业化发展，栽培的农作物会失去大量遗传资源，群体内多样性会大大降低，存在潜在生物或者非生物侵害危机。绿色革命基因sd1应用水稻育种以来，带有半矮秆基因植株的改良品种在多个生态区得到较快推广，淘汰了当地种植的农家品种，这种单一化的现代品种种植现象在中国尤为突出。研究人员认为，利用基因编辑工具，对已经保存的大量高秆农家品种进行半矮秆sd1基因的编辑，可以大量且迅速获得单一位点破坏但仍保留其他优良农艺性状特点的种质，这比当初仅仅依靠自发等位突变的sd1基因通过杂交、回交获得改良品系，不仅有效率上的优势，更重要的是可以更大程度上保留地方品种优良特性。

该研究中研究人员选择了亚洲栽培稻aus生态型代表品种kasalath和越南著名广谱性抗稻瘟病品种特特普，进行sd1靶位点编辑。考虑特特普抽穗晚的特性，研究人员同时还对se5抽穗期基因进行编辑，这些编辑使研究人员成功获得了携带有新的不同等位突变sd1变异体和带有sd1se5双突变的特特普编辑株系。研究发现，至少两个带有新的sd1突变的kasalath株系在同样栽培条件下表现出比kasalath增产的趋势；特特普编辑成半矮秆的株系，其广谱的抗稻瘟病特性不仅没有减少，反而有一定程度的增加，这为研究人员保护利用好水稻遗传资源提供应对危机的准备。

另外，2019年，国际著名病毒学杂志Journal of Virology在线发表了水稻生物学国家重点实验室微生物资源与生物农药创新团队完成的研究论文“Identification and Characterization of the Nucleolar Localization Signal of Autographa californica Multiple Nucleopolyhedrovirus LEF5”，该论文揭示了昆虫杆状病毒LEF5蛋白的核仁定位信号及其功能。

杆状病毒（Baculovirus）是一类特异感染节肢动物的双链环状DNA病毒。由于其防效高、对人畜无毒以及对环境安全等优点，杆状病毒被作为生物杀虫剂广泛应用于害虫防治。此外，杆状病毒也被开发成为高效的真核表达载体，应用于药物研发以及疫苗生产领域。而核仁是许多病毒感染过程中的重要作用靶标，目前多种病毒编码的蛋白被证实定位于核仁，并篡夺宿主细胞的核仁以利于病毒自身的感染与复制，然而杆状病毒的感染是否与昆虫核仁存在关联却仍未见报道。

研究团队通过转录组学分析鉴定了昆虫细胞的核干细胞因子和核仁纤维蛋白，免疫荧光定位和蛋白印迹等分析首次证实昆虫核仁结构会随着杆状病毒的感染而解体，同时病毒的感染导致核仁蛋白重新分布进而参与杆状病毒的复制扩增过程。LEF5蛋白是杆状病毒的一个晚期蛋白，它在杆状病毒中高度保守。生物信息学分析显示许多病毒的LEF5带有核仁定位信号，该核仁定位信号的缺失影响杆状病毒晚期和极晚期基因的表达，最终导致病毒产量以及多角体合成的下降。该研究对杆状病毒在昆虫体内扩散机制的阐释提供了重要的理论依据，具有潜在的应用价值。

砥砺前行

实验室积极遵循“开放，流动，联合，竞争”的基本方针，与中国科学院、中国农业大学、浙江大学等科研单位和院校开展了广泛的合作，共同承担科研课题、合作培养研究生，充分实现资源共享。与日本JIRCAS、美国CornellUniversity、Syngenta公司、法国国际农艺研究发展中心，以及联合国粮农组织，印度、埃及、俄罗斯、菲律宾、意大利、比利时、奥地利等国家和地区的科研单位和大学都有合作项目。在未来5年的建设发展中，实验室的努力目标是在杂种优势理论及应用研究上，进入世界前沿；分子设计育种研究、水稻有害生物致害性机理研究取得重要进展；稻米品质机理、转基因水稻环境安全性研究国内领先；建成我国资源最丰富、数据最全、利用效率最高的水稻种质库，成为稻作科技界共享的资源平台；完善分子生物学、基因工程、生理生化及环境生物学4个公共实验平台，面向国内外开放，力争实验室走向国际前沿。

同时，实验室还根据自身的环境与发展状况，确立了人才培养与队伍建设的方针：培养既了解生命科学发展尖端、掌握生命科学前沿理论与技术，又熟悉水稻科学与生产实际、能洞察和预测水稻生产中的重大科学问题并展开卓有成效的研究的青年学者，鼓励奉献精神，安于农业科研。