孔令讓，山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院院長、“泰山學者”特聘教授、博士生導師，國家小麥改良中心山東分中心主任，山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系小麥創(chuàng)新團隊首席專家，山東省農(nóng)作物品種審定委員會常委兼小麥專業(yè)委員會主任，山東遺傳學會理事長。先后在《科學》等期刊發(fā)表論文100余篇，出版教材專著2部;主持或參加審定小麥品種7個，推廣面積累計5000多萬畝;成功克隆小麥抗赤霉病基因Fhb7并探明其解毒機理，該成果在多個科學層面取得關鍵性突破，使我國在該領域研究走在國際前列。

全球首次從小麥近緣植物長穗偃麥草中克隆出抗赤霉病關鍵基因Fhb7，并揭示了其抗病分子機制，為糧食提質(zhì)增產(chǎn)再添重磅砝碼——

近日，《科學》雜志封面文章刊登了山東農(nóng)業(yè)大學孔令讓教授團隊在小麥赤霉病研究領域的重大成果，這也是我國小麥研究領域在《科學》上發(fā)表的首篇文章。

小麥赤霉病堪稱小麥“癌癥”，是全球小麥生產(chǎn)中面臨的重大病害，也是威脅世界糧食生產(chǎn)和食品安全的重大難題。該團隊在全球首次從小麥近緣植物長穗偃麥草中克隆出抗赤霉病關鍵基因Fhb7，并揭示了其抗病分子機制，這為解決小麥赤霉病這一世界性難題找到了“特效藥”。這是繼2019年南京農(nóng)業(yè)大學馬正強團隊克隆出抗赤霉病Fhb1基因后，我國科學家在此領域的又一重大突破。

為了這一天，孔令讓及其團隊已經(jīng)耕耘了35年。

把種質(zhì)資源掌握在自己手里

初夏的田野，在陣陣微風的吹拂下，正待干透的麥稈和葉片沙沙作響，仿佛向人們報告著豐收的消息。每天六點多到麥田里轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)是孔令讓多年的習慣，這位國內(nèi)知名專家可以“聽得懂”小麥的聲音，“摸得透”小麥的渴求。

孔令讓告訴科技日報記者，小麥赤霉病除了讓小麥減產(chǎn)毀質(zhì)外，它產(chǎn)生的嘔吐毒素還被世界衛(wèi)生組織定為三級致癌物，可引起人畜中毒。

孔令讓研究發(fā)現(xiàn)，小麥近緣植物長穗偃麥草7E染色體長臂末端攜帶抗赤霉病主效基因，并把該基因命名為Fhb7。歷經(jīng)抗病基因初定位、精細定位、圖位克隆、抗病分子機制解析等長期探索，該團隊最終成功將該基因轉(zhuǎn)移至小麥品種，并明確了其在小麥抗病育種中的穩(wěn)定抗性和應用價值。

“Fhb7基因是禾谷類作物種質(zhì)改良和創(chuàng)新的難得基因。”“雜交水稻之父”袁隆平院士認為，F(xiàn)hb7基因的發(fā)現(xiàn)和其抗病機制解析對水稻、玉米等作物育種同樣具有重要意義。孔令讓認為，這一研究的重要意義還在于“我們把小麥抗赤霉病種質(zhì)資源牢牢掌握在了自己手里”!

孔令讓坦陳：“我們農(nóng)業(yè)科研人員，總說要保障國家糧食安全，安全應該有兩層含義，一個是量的安全，另一個就是質(zhì)的安全。我們找到這個基因，能抗赤霉病，分解嘔吐毒素，就是在報效祖國。”

一句樸實的話，詮釋出科學家的拳拳愛國之心。

同一個實驗做了至少30萬次

做小麥雜交，尤其是遠緣雜交研究，工作細致而繁重。業(yè)內(nèi)人士常常用一句話形容，“黎明時下地，晴天一身汗，雨天一身泥。”

偃麥草，小麥的近緣植物。挖掘出偃麥草、粗山羊草、野生二粒小麥等的優(yōu)異基因?qū)胄←溊铮嵘←溈剐院推焚|(zhì)，豐富種質(zhì)資源，這便是孔令讓的科研路線，但難點很多。

例如，偃麥草是小麥近緣植物，二者染色體間難以自由交換，因此難以得到重組體。再比如，每年大田常規(guī)雜交要做一兩千個組合，一個組合要做4個穗子，每個小穗保留兩朵小花，每朵小花里三枚花藥都要去掉雄蕊，一枚一枚捏出來，可想而知這個工作量有多大。孔令讓說，做雜交就是這樣，特別辛苦繁瑣。

“取得重大成果是大家共同努力的結(jié)果，學生們也付出很多。他們晚上10點前沒離開過實驗室。”據(jù)論文第一作者和共同通訊作者、山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院博士生導師王宏偉介紹，自2016年以來，團隊共分析了2.5萬株實驗小麥，還將重復性的DNA擴增實驗做了至少30萬次。“做科研就要耐得住寂寞。要求每一步必須百分之百準確，一點錯都不能有，這實際上也把學生累得夠嗆。”王宏偉說。

“最難的還是缺錢，我們課題組把所有的錢都用在課題上。”孔令讓說。

大約40年前，偃麥草被山東農(nóng)業(yè)大學引入并列為小麥雜交育種的優(yōu)良材料。孔令讓碩士期間的課題研究就是圍繞偃麥草染色體片段如何導入普通小麥而展開。當時，細胞遺傳學很熱，但在此之前，三四屆師兄師姐的努力都沒有成功，面對困難和挑戰(zhàn)，導師也幾次詢問他是否換個題目，但他堅持再試一試。

“一根針，一臺鏡，用手敲，用眼蹬”，就是孔令讓的工作狀態(tài)。

他回憶，“做壓片，取根是關鍵的第一步。我就傍晚去地里澆水，第二天一早把根挖出來，這時候根比較粗壯，非常好用，天天工作到下午兩三點鐘才去吃飯。當時的顯微鏡倍數(shù)不高，但能用，所以需要‘用眼蹬’;解剖針很尖，方便取材，但是壓強過大容易毀壞片子，我就把它弄斷，再拿到石頭上磨平，好用多了，整個片子上都能看到清晰的細胞分裂相。”

終于，偃麥草染色體及其片段被孔令讓成功導入普通小麥品種。但在科研的長征路上，這只是“邁出了一小步”。

“田間選材感覺像是在淘寶”

小麥遠緣雜交結(jié)實比較困難。

譬如，小麥與粗山羊草雜交需要通過幼胚拯救方能成苗，每年春季，孔令讓團隊在大田要做幾千個雜交穗子，一個穗子上大約30個小花，算下來就是十幾萬枚小花，這里面能得到一兩千個幼胚，然后再通過幼胚培養(yǎng)成苗。

“田間選擇材料感覺就像是在淘寶，每選到一份好材料還想看下一個，覺得后面還有更好的，總要選出最好的。”孔令讓說。“選出最好的”，意味著大量的付出。為了打破抗赤霉病基因Fhb7和葉黃素基因Psy之間的連鎖，該團隊用了整整一年時間，通過分子標記輔助選擇和抗赤霉病接種鑒定，完成了21000株Fhb7基因雜合體自交后代的基因型選擇和抗病鑒定工作，最后找到了2株打破了這兩個基因緊密連鎖的小麥植株，獲得了赤霉病抗性良好且面粉色澤亮白的小麥—長穗偃麥草短片段易位系。

失敗乃成功之母。但對科研人來說，如果長久地努力換來“功虧一簣的打擊”，那么，再度復盤、重整旗鼓更需要一顆強大的心臟。

在追溯該基因的進化歷史時，孔令讓團隊反復對基因組序列進行比較分析，結(jié)果在整個植物界沒有發(fā)現(xiàn)Fhb7的同源基因，卻在偃麥草的共生菌——香柱內(nèi)生真菌中發(fā)現(xiàn)了同源性高達97%的基因。

“我們第一時間懷疑可能是基因組組裝被內(nèi)生真菌污染了，非常沮喪，因為這意味著這幾年的努力全部白費了。然而過了幾天，我們又對不同的偃麥草和遺傳重組體進行數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)該基因的有無與植物的抗、感病表型明顯相關，讓我們意識到這個候選基因是真正的Fhb7。”孔令讓說，這個沮喪與興奮交織的故事，讓科研充滿著挑戰(zhàn)和樂趣。

“孔教授團隊‘心有大我’的家國情懷、‘十年磨劍’的科研品質(zhì)和‘集智攻關’的協(xié)同精神值得全校科研工作者學習。”山東農(nóng)業(yè)大學黨委書記徐劍波的這句評價，透露出3個關鍵詞，而“集智攻關”也是孔令讓一直強調(diào)的。

“從2008年我就可以要助手，但觀察了四年，終于在2012年等到了王宏偉。他是生物技術出身，做了很多關鍵性工作;2019年初孫思龍來學校工作，他擅長基因組學，分析基因特別在行。”王宏偉、孫思龍同為論文第一作者，為成果的攻克起到了至關重要的作用。

孔令讓說，團隊接下來的工作是加速品種的審定。“現(xiàn)在已有多個小麥新品系進入了國家和省級預備試驗和區(qū)域試驗，明年開始就會陸續(xù)出現(xiàn)含有攜帶Fhb7基因的新品種。審定了品種，就可以給老百姓用了。”記者 王延斌 通訊員 翟榮惠

關鍵詞： 小麥