科技创新开辟生命科学新天地—专访中国科学院院士、华南农业大学生命科学学院“长江学者”特聘教授刘耀光

2018年1月18日，中国科学院院士、华南农业大学生命科学学院“长江学者”特聘教授刘耀光出席了第十届大北农科技奖颁奖大会。刘耀光长期从事植物育性发育的分子遗传和基因工程研究，在水稻细胞质雄性不育与恢复性、杂种不育与亲和性、光温敏不育性等遗传系统的基因克隆和分子作用机理方面取得了系统性、创新性研究成果。刘耀光出席此次颁奖大会的身份有些特殊——他的团队的“高效的植物基因组编辑载体系统和软件工具包及其应用” 科研成果荣获第十届大北农科技奖的基因工程奖，是唯一由单一主持单位独享的奖项。会议当天，《农经》记者有幸采访了刘耀光院士。

厚积薄发：新发现源于内心的热爱与坚持

2017年11月28日是个特殊的日子，在这一天，刘耀光成功当选中国科学院院士。当《农经》记着向他讨教做科研的秘诀时，刘耀光谦虚地笑着说：“当选院士对自身既是一种肯定，也是一种激励。做科研没有什么秘诀可言，科研本身是一个漫长积累的过程，要坚守在科研一线，熬得住岁月的年轮，跟从心中的那份热爱，没有捷径可走。有些人做科研喜欢跟风追热点，但热点总是在变，跟风做研究的话，可能在哪一个方向都做不好，这样做科研也产生不了什么深远的影响。”

谈及几十年如一日地坚持从事杂交水稻育种工作的初衷，刘耀光说道：“回国后选择从事水稻细胞质雄性不育方面的研究，主要考虑到这是一个很重要的科学问题。”中国农业科学家利用水稻细胞质雄性不育的特殊遗传材料培育出了杂交水稻，在利用杂种优势的生产和应用方面走在世界前列，但在该性状的分子基础、遗传基础方面的理论研究却相对薄弱，对杂交稻育种材料如何进行育性转换和育性控制的机理还不是很清楚。刘耀光认为科学就是要追根到底，为了填补相关理论方面的空白，他一直在专研这个课题，至今已经有22年了。

刘耀光动情地讲道：“从事科研工作，热爱、思考、勤奋和吃苦耐劳是最重要的品质和素养。我希望年轻人认准一个方向就坚持做下去，早期的成果也许会比较少，可随着自身不断的努力与坚持，以及研究的不断深入，一定会逐渐探索到令人为之振奋的新发现！”

正是这种坚持，让刘耀光团队所做的杂交稻育性调控的分子研究在应用和基础理论方面都引领世界，他们的工作也得到了科学界的认可。

破茧而出：基因编辑技术开辟生命科学新天地

近年来,“基因编辑”技术受到国际社会的广泛关注。依靠基因编辑技术,人类能够对目标基因进行“编辑”,实现对特定DNA片段的敲除和插入等。以CRISPR/Cas9为代表的基因编辑技术是生命科学领域近年来最重要的技术突破，这对生命科学、医学，农业等领域的基础和应用研究具有重大意义。刘耀光团队经过刻苦钻研，最终成功研究出基于CRISPR/Cas9的多靶点高效植物基因组编辑载体系统和 “一站式”在线软件工具包CRISPR-GE，该技术体系证明了基因编辑技术是研究植物基因功能，尤其是研究杂种不育与亲和性的分子遗传机制的强有力的工具。刘耀光团队开发了通过基因编辑创建人工亲和基因，快速培育亲和系的技术方法，这为克服亚种间和种间杂种的生殖障碍、广泛利用强杂种优势提高作物产量奠定了理论基础和技术支撑。

此项技术对于解决远缘杂交稻杂种不育的问题已经取得了一些初步成果，谈及这个方面，刘耀光介绍，“基因编辑技术在基因功能的基础研究上可以高效地敲除目的基因，使其丧失特定的生物学功能。正是这种高效‘减法’技术的出现，使我们能够更深入地研究多基因控制的复杂性状，比如确定杂种不育座位中的关键基因。”利用该技术，目前刘耀光团队已经克隆了Sa、Sc介导的籼稻与粳稻（籼粳稻）亚种间的杂种不育和S1介导的亚洲稻与非洲稻（亚非稻）种间杂种不育的关键基因。此外，他们通过基因编辑技术敲除杂种不育基因或删除减少杂种不育基因的拷贝数，创造了多个位点的杂种亲和系，这些杂种亲和系有望在生产中得到广泛应用，突破远缘杂种优势利用的瓶颈。

潜移默化：科技创新惠及千家万户

谈及这项成果的普及以及推广程度，刘耀光亲自向《农经》记着演示如何操作这个软件，眼神中饱含了对科学的热爱和自信。他讲到，目前他们的基因组编辑载体系统已被国内外近500多个实验室使用，用于各种植物的基因功能研究和遗传改良，在国际上产生了重要的学术影响，相关论文已被大量引用，成为ESI高被引论文。CRISPR-GE软件在线使用量每月达2万余次，解码的测序文件数每月达1.8万余件（http://skl.scau.edu.cn/），这使得一大批涉及不同农艺性状的基因编辑农作物正陆续在不同实验室取得一系列成果。这项成果大大降低了使用这项技术的门槛，使普通的实验室也能够简单地操作和应用这项技术，极大地促进了植物科学基础研究和作物遗传改良的发展。这在科学界无疑是激动人心的！

▲科技部原部长、第十届全国人大教委科学文化卫生委员会主任委员朱丽兰女士（右）与大北农集团董事长邵根伙博士（左）共同为刘耀光院士（中）颁奖。

近年来，随着人们生活水平的提高，对食物品质和口感的要求也随之提高，这对当前及未来的水稻育种工作来说，是机遇也是挑战。刘耀光认为，人们在吃饱之后，追求吃好是很自然的事，这些新要求对科学技术提出了新的问题和挑战，但他相信在水稻育种工作中，这些问题都可以借助先进的科学技术得以解决。当前，杂交稻的产量是提高了，但杂交稻米的确存在着米质过硬等问题而影响口感。刘耀光解释说，米饭的软硬度是由直链淀粉的含量决定的：直链淀粉含量高，米饭粘性小，质地硬；直链淀粉含量太低，则米饭粘软，弹性差。直链淀粉的含量主要受淀粉合成酶Waxy基因和其它基因调控，所以我们可以利用基因编辑技术修饰Waxy等基因，从而获得直链淀粉含量适中、口感较好的水稻品种，最终满足人们对优质米的需求。

刘耀光表示，此次获奖必将有利于他们的技术通过大北农科技奖进一步地扩大知名度和影响力，让更多的同行了解和应用他们的技术平台，进而推动生物技术在农业中的应用和发展，让科技创新所带来的成果真正惠及到千家万户。

科学无止境：中国现代农业发展的机遇与挑战并存

植物育性的提高对于提高作物产量有着重要作用，中国以水稻为代表的植物育性的应用研究引领世界杂交育种技术近半个世纪，毋庸置疑，这是中国对现代农业发展的重要贡献。刘耀光指出，在植物育性基础理论研究方面，中国科学家不仅系统阐明了“三系”杂交稻生产上应用最广泛的包台型、野败型和红莲型三种细胞质雄性不育的CMS/RF分子遗传基础，同时也克隆了“两系”杂交稻光温敏不育系的关键基因PMS1、 PMS3、TMS5等。此外，中国科学家还确定了籼粳稻、亚非稻杂种不育的关键位点，为进一步利用远缘杂种优势提供了坚实的物质基础和强大的技术支撑。目前刘耀光团队已经完成了植物育性相关基因的克隆，接下来会进一步探讨这些基因是如何发挥自身功能的。刘耀光认为，科学无止境，还有许多的未解之谜等待我们继续向前探索、挖掘和解决。

当前，中国在作物遗传改良上虽已取得了长足的进步，但也仍然存在着一些困难和挑战。刘耀光中肯地讲道：“一方面是如何进一步提高作物的产量、品质和抗性；另一方面，除了技术上的困难和挑战，也存在着政策上的限制。以转基因作物为例，如果政策上不放开对转基因产品的束缚，中国当前所积累的众多具有优良性状和应用潜力的转基因动植物品种将长期沉睡在实验室，无法走向市场产生经济效益。”

刘耀光团队研发了高效的多基因转化载体系统，通过把花青素合成代谢和虾青素合成代谢的多个基因转化导入到水稻中，培育出了全球首例营养强化“紫晶米”和“纯金米”，也就是胚乳富含花青素和虾青素的转基因大米。目前，这些产品都在等待着政策的开放。另外，他们利用基因编辑技术也创造了许多的水稻基因编辑产品，这些产品在后代中能分离出不含有任何的外源转基因元件的性状改良株系，它们与自然突变所获得的品种性质等同，但因为借助了转基因的技术手段，也受到政策的约束。刘耀光认为政府应该适当放宽对这类不携带外源转基因的基因编辑产品的约束，进一步推动中国生物技术的发展和应用。

《农经》记者谈到国内外相关研究差异时，刘耀光表示，早年他曾在日本学习并从事相关的研究工作，当时日本正处于科技发展的鼎盛时期，科研实力远远强于中国。正所谓“30年河东，30年河西”，中日两国的经济实力如今发生了此消彼长的变化。如今，中国政府投入巨资鼓励大家从事基础科学研究，随着中国国力的日益强大，优秀的人才也大批回流，刘耀光讲道：“中国的科研水平大有超越日本的趋势，尤其是在植物科学的研究领域，比如我们在水稻等植物的许多研究领域已经是世界的领头羊。但日本科学家做研究非常严谨、细致和敬业的精神还是值得我们学习和借鉴的。”

科技鼓励：助力中国科技走得更稳

大北农集团所设立的大北农科技奖，主要用于奖励在农业应用研究领域做出突出贡献的人员，是民间资本参与公益事业、积极回馈社会的成功典范。科技奖的评审过程严格遵照“公开、公平、公正” 原则，评审专家大多是各领域的权威学者，多项大北农获奖成果随后获得国家科技奖。

谈到对企业设奖奖励科技创新这一举动的看法，刘耀光认为大北农科技奖日益成为被中国社会各界广泛关注的科技大奖，具有很高的社会影响力和威望，这也在一定程度上完善了中国的科技奖励体系。希望未来可以有更多的企业和民间资本参与科技奖励，推动中国科技向前发展！

谈及此次获奖感触，刘耀光感慨地告诉《农经》记者：“这次所申报的科研成果荣获第十届大北农科技奖，我们的科研团队倍感欢欣鼓舞和无上光荣。作为这一届大北农科技奖基因工程奖获奖项目的代表，我想感谢‘大北农科技奖’这个平台，它让全国乃至全世界的同行更多地关注我们所从事的植物基因工程技术领域的创新，我们也将一如既往地做好科学研究，为中国的农业现代化贡献力量！同时，为自己的成果能为同行提供便利的科研技术平台，能为中国的科技进步贡献一份力量而颇感欣慰。”