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姜国勇:基因培育产业 科研推动产业化
2015年6月19日 来源:青岛农业大学 责编:盛颖华

姜国勇教授是青岛农业大学植物基因工程研究所所长,中国园艺学会番茄专业委员会的常务理事;1988年开始从事植物抗病基因的克隆和功能表达的研究,是茄科作物研究领域的知名专家。2003年姜国勇从荷兰留学回来就一直专心致志地开展了番茄抗病基因的研究工作,一心想着通过单一基因位点的改良和等位基因重组技术来培育多个基因复合抗性的番茄品种。
  
  25年来,姜国勇先后主持过多项国家自然科学基金的研究课题,对抗病基因的功能、基因位点的性状有很深的了解。2005年开始他就参加了国际茄科作物基因组测序的研究工作,并与14个国家的同行一起于2012年5月在国际顶级刊物Nature上发表了番茄基因测序的研究论文。作为SOL协作组的参加单位,他的研究水平和学术造诣得到了同行专家的赞誉,这一研究成果也将植物基因工程研究所的学术水平提升到了国际研究领域的前沿。
  
  精心研究基因、一心改造基因的学者
  
  作为植物基因工程研究所的负责人,姜国勇教授说起植物的基因和性状来如数家珍、滔滔不绝。他说,摩尔根的《基因论》发表有88年了,而真正把基因从研究开始做到实际应用也刚好100年。姜教授介绍说,所谓基因就是一段DNA序列,是外观的生物学性状的内在密码。就拿番茄来说吧,野生番茄起源于中南美洲,作为观赏植物被传播到了欧洲,而后通过丝绸之路来到了中国。
  
  番茄果实的外观性状是通过内在的基因来表达的,果实的色泽经过突变会有红色、绿色、黄色、紫色的差别,那么在这同一个基因上的DNA序列就会有个别碱基的变异和缺失。因此,通过基因的重组和基因的聚合就会将缺失的基因关闭,让完整的基因正常表达。国际茄科作物基因组计划(SOL)的内容就是完整地记录番茄12条染色体上每一段DNA的碱基序列,让这些碱基序列告知人们性状表现的真实性。
  
  姜教授说,基因分析的结果表明,仅仅是基因的一个位点改变就会使番茄品种由感病变成抗病,一个性状的改变就会使产量增加30%、甚至100%,这对番茄病毒病流行发生时植株的正常生长发育及其高产稳产尤为重要,可以说,搞明白了一个基因就会产生一个产业链。姜教授指着那几株结果的番茄植株说:“这些是我们培育的农抗69番茄,其特点是对青岛当地栽培的72-69品种进行了基因改良,很简单,不过是进行了一两个基因位点的改变。
  
  因此,农抗69几乎不感病,春茬栽植的植株生长季节可以由4月份延长到6月底,2个月的生长季节,一亩大棚产量就会增加1000千克以上。”姜教授又指着两株叶片特别浓绿的西红柿植株说:“这是从国外引进的既抗病又耐弱光的品种,特别适合于冬暖大棚的栽植。我们以这个品种为亲本、将当地栽培的优良品种杂交培育成口味符合当地百姓喜爱的品种,来替代种植多年的感病品种,再将产量增加30%,实现抗病基因聚合品种的推广和产业化。”
  
  12年前,姜国勇在荷兰留学,荷兰王国的花卉和蔬菜产业化规模是相当发达的,西红柿、辣椒和马铃薯等品种销往世界各地。他留学那年生活在荷兰北部的格罗宁根市,在欧洲知名的植物病理学家、格罗宁根大学Hille教授的指导下,从事番茄抗病基因的突变和抗病机制的研究工作。
  
  每到周末,他都会来到市区的集市上购买水果和蔬菜,了解市场销售品种的品质,每磅1.2欧元的番茄和辣椒给他留下了深刻的印象。他感叹道:“当时1欧元兑换10元人民币,中国的菜农何时能够把成熟的番茄果实卖到这样的价格就好了,我们的农民也就富裕了。”在荷兰生活的经历冲击着他的心灵,他毅然放弃了在荷兰做博士后研究的计划,回到了母校。在这里,他以创新的精神和毅力组织成立了植物基因工程研究所,决心用荷兰留学的研究成果在实验室开展基因重组和基因工程的研究,用基因工程技术实施番茄品种抗病基因位点的改造,用番茄基因组学的理论解码基因的抗病机制。
  
  从那时开始,姜国勇不断收集具有特色基因的番茄品种,组培室里番茄种苗就已经在瓶子里面生长了12年啦!姜教授指着瓶子里的番茄苗说道:“这个是野生种含有抗根结线虫的抗病基因,这个是秘鲁种含有多种抗病毒的基因,而这一个是潘纳利番茄的渐渗系由以色列引进的。”说起哪一个品种含有什么重要的、可利用的基因,甚至这个抗病基因位于第几号染色体上,姜教授都清清楚楚,他的解读和描述几乎为我们画出了一幅清晰的基因排列图。可以想象,这里摆放的上千瓶番茄种质资源是一个巨大的基因库,这么丰富的基因资源凝结着姜教授十几年的心血,他需要为此付出多少辛勤的劳动和汗水!
  
  以基因培育产业,以科研推动产业化
  
  留学回国这十几年,姜教授主持了3项国家自然基金课题和2项国家转基因的重大课题,都是围绕着番茄抗病基因突变位点的改造和重组基因位点的遗传表达来实施的。这十几年间,姜教授经常带着学生深入田间地头、温室大棚,观察性状、采集样品,分析基因、查看病情,了解当地菜农的种植情况,询问病害发生的规律和特点,调查分析番茄流行病毒病产生的根源,教给农民如何利用光能气热和番茄的生长特点来管好番茄、减少病害、增加产量,帮助农民解决番茄种植遇到疑难杂症。
  
  十年耕耘,一朝收获,姜教授的课题组已经拥有4项番茄基因的发明专利,培育了多个农抗系列的番茄品种,这一系列品种的共同特点就是一个品种含有多种抗病的基因,不仅抗多种花叶病毒病,也抗叶霉病和枯萎病。简单说就是,从种到收,不用打农药。目前,姜教授正积极开展种苗的扩繁与示范试验,期待着尽快地将这些农抗系列的抗病品种栽种到菜农的大棚里。他有一个心愿,就是让菜农种着省心、看着欢心、吃着放心。他有一个目标,就是让番茄的基因变成农民的聚宝盆,让温室大棚变成高效益化的基因工厂。
  
  根据姜教授的研究结果,可以细细地算了一笔账,如果菜农种植了农抗系列的抗病番茄,其生长季节可以延长2个月,产量就会增加30%,再加上节省的农药和人工费用,每亩地的收入至少增加5000元,照此推算,每推广种植2万亩这样的番茄品种,菜农就可以增加收入1亿元。真是一个基因等于创造了一项产业!
  
  温室里除了番茄种苗,还生长着草莓品种,开着黄花的野生草莓如天上的星星散落在绿油油的藤蔓上。当问到姜教授为什么做番茄研究还要种这么多的野生草莓,姜教授说:“草莓的研究是研究所实习的本科生开展社会实践的活动,也是基因工程技术的实战型课题。”3年前的一天,他带领学生去青岛夏庄的番茄大棚采集样品,看到邻近大棚种植的草莓都感染了白粉病,很是心疼,便采集了草莓苗子进行了组织培养,设想用远缘杂交的方式进行品种改良。目前,他带的生物科学专业的学生正在进行野生草莓抗病基因转育的工作,也是利用现有的基因重组技术帮助农民解决大棚种植草莓的病害问题。这印证了姜教授一句话:“我们吃的是纳税人的俸禄,为百姓排忧解难是理所当然的义务。”
  
  一边说一边看,姜教授领着我查看了温室里栽植的崂山粉杜鹃、野生猕猴桃以及幼嫩的茶苗,瓶子里还培育着食用菊花、野生樱桃和西兰花的组培芽苗。他接着说:“这几盆采集的野生植物也是崂山当地的珍稀植物资源,是崂山的老乡让我帮助他们驯化培育的,都有很高的商业开发价值。我把它繁殖起来再让百姓种下去,让他们挣钱养家,发家致富,退休时我也就心安了!”是啊,植物基因工程技术是一项高科技,它不能仅仅在实验室里出文章,更重要的是释放实验室里的成果用于农业生产。姜教授的基因研究工作着眼的是民生的需求,放眼的是百姓的生活;应用的是高新技术,开创的是现代农业的未来。
  
  创新源于细致的操作,成就始于辛勤的劳动
  
  在植物基因工程研究所的采访给我留下了非常深刻的印象,整个实验室里有条不紊、干净整洁。亮丽的墙面、洁净的地板,整齐排列的三角瓶,一尘不染的玻璃台架,在实验台架上面还栽植着一种叫作紫背天葵的草本植物,室内显得清新淡雅、生机盎然。这是青岛农业大学建设的一个高标准的基因工程实验室,专门用于植物生物技术和基因工程方面的科学研究,姜教授把它管理得井然有序、温馨和谐。学生在这里身着白色的工作服,坐在实验台前操作仪器,个个精心细致、一丝不苟。
  
  在实验室的墙壁上贴有两处标语,一处是“创新源于细致的操作”,另一处是“成就始于辛勤的劳动”。唯有细细琢磨、精心体会,才能深深感悟姜教授创新性研究成果的真实内涵。标语代表着姜教授治学严谨的思想观念、教书育人的科学标准,更是姜教授辛勤工作的真实写照。生物技术专业的本科生小宋说:“姜教授十分注重我们学生科学素质的培养,他在实验指导中始终强调学生的两个能力的培养,一是创新,二是技能。因此我们在实验中自然而然地就形成了认真细致的习惯。
  
  姜教授教的分子生物学实验技术性很强、环环相扣,也很实用。当你看到了那么多自己培养的种苗茁壮成长的时候,一种内心产生的成就感就会悠然而生。做事情是需要氛围的,在这儿才会激发我们的创新能力。”从学生那自信的微笑中可以看得出来,勤奋好学的大学生对姜教授十分敬重,对从事的基因研究也十分痴迷。
  
  姜教授对培养学生有着自己的理论和观点,他解释说:“学生的创造力是靠成就感来驱动的,有了成就感人就有了自信心,创造就有了动力。创造力产生的过程需要辛勤的劳动,因此我们把培养学生的会动手、爱劳动当作一种基本素养来培养。”“成就始于辛勤的劳动”的道理在于引导学生固有的创造力。勤奋的学生就很容易出成果,这也是科学研究的原始冲动。“当然,你很难想象一个惰性十足的学生能够创造出奇迹来。”
  
  平时,姜教授下课就会回到实验室里来,在实验室里他会十分忙碌,一会观察学生的实验操作,纠正不当的操作步骤;一会又去指导学生的显微镜观察,指出聚焦的细胞结构是什么。他甚至会站在学生的身后一言不发、静静地观察学生在生物安全柜前进行无菌操作的全过程,直到看着学生做完遗传转化实验,他才会一条一条地告诉他需要改进的步骤。
  
  当问起姜教授为什么要一一指点学生的每步实验操作时,他略有所思地说:“当年我二十几岁进行植物细胞的遗传转化实验时,也是边摸索、边实践,失败的多、成功的少。但是我不希望学生再走我曾经走过的弯路,我必须把成功的路径传授给他们,让学生沿着科学的方法步骤踏踏实实地做下来。”姜教授的为师之道让人感动,对待科学研究他是那么的认真、那么的无私、那么的执着!他不仅有渊博的知识,更有传播知识的责任感和使命感!


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