2000年，在人類基因組計劃宣布完成之后，華大將下一個測序目標(biāo)放到了國人賴以生存的主糧作物——水稻上。

當(dāng)時，國際科研競爭激烈，日本團隊也在牽頭開展水稻基因組研究，且團隊規(guī)模更大、項目周期更長。在資金、技術(shù)、人才等客觀條件并不樂觀的情況下，華大集團創(chuàng)始人毅然自籌資金發(fā)起水稻（秈稻）基因組計劃。

2001年7月，水稻基因組計劃大規(guī)模測序工作正式展開。經(jīng)過100多個日日夜夜的奮戰(zhàn)，華大項目組于當(dāng)年10月率先完成水稻（秈稻）基因組工作框架圖的繪制，并免費公布全部序列數(shù)據(jù)。次年4月，該成果以封面文章的形式發(fā)表于國際頂級學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》。

這一成就不僅為中國基因組學(xué)研究贏得了響亮的國際聲譽，讓中國成為世界上首個獨立完成水稻基因組測序的國家，更開啟了華大在農(nóng)業(yè)基因組學(xué)領(lǐng)域的探索征程。

二十余載過去，水稻項目為華大乃至整個領(lǐng)域的發(fā)展帶來了什么樣的影響？其中所蘊含的“水稻精神”是否得到了傳承？……今天，我們有幸邀請到水稻項目親歷者倪培相、農(nóng)業(yè)基因組學(xué)研究成果轉(zhuǎn)化與應(yīng)用的推動者劉歡，向我們講述水稻項目的歷程，以及華大多年來在水稻乃至農(nóng)業(yè)基因組學(xué)領(lǐng)域的持續(xù)貢獻。

01

「不可能的任務(wù)」

“前期我們做人類基因組計劃1%時打過基礎(chǔ)”

問：能否請您回憶一下，當(dāng)時華大是如何開始水稻基因組計劃的？

倪培相：有一天華大集團董事長、聯(lián)合創(chuàng)始人汪建老師給我們開動員會，說要正式開始水稻基因組項目了，并且為了和日本團隊主導(dǎo)負(fù)責(zé)的國際水稻基因組項目競爭，我們需要在短期內(nèi)快速完成。

雖然看起來是突然做水稻基因組研究，但是我后來才知道汪建老師他們其實做了比較詳細的規(guī)劃。因為前期我們做人類基因組計劃1%的時候打過基礎(chǔ)，所以汪建老師和李松崗老師、于軍老師他們經(jīng)過詳細的論證，覺得我們理論上是能夠完成400多兆的水稻基因組圖譜繪制的。而且在這之前，汪建老師也去拜訪了袁隆平先生，拿到了他提供的“秈稻93-11”材料，也就是中國雜交水稻的父本，然后也做了一些預(yù)實驗，有了小量的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

“必須要自己把中國的雜交稻給測出來”

問：華大發(fā)起的水稻基因組項目和日本牽頭的國際水稻基因組計劃有什么不同？能否展開講講，彼時華大團隊主要面臨哪些方面的困難以及具體是如何克服的？

倪培相：在研究材料上，日本牽頭的國際水稻基因組計劃用的是“日本晴”（Japonica），也就是“粳稻”。我們當(dāng)時想的是，必須要自己把中國的雜交稻給測出來，一是為了推動基因組技術(shù)發(fā)展，二是為后續(xù)水稻育種打基礎(chǔ)，所以選擇了我們國內(nèi)種植比例更高的“秈稻”。

在技術(shù)方法上，國際團隊他們采取了跟人類基因組計劃差不多的思路和策略，相當(dāng)于把一個比較復(fù)雜的問題拆分了，然后分配給不同的團隊各自去做，他們花費的成本是我們的很多倍，但是整體對計算機的要求不是那么高。

而我們用的是全基因組鳥槍法，對于計算機性能和軟件的要求是特別高的。計算機這塊是汪老師到處“化緣”，最后是中國科學(xué)院計算所提供了當(dāng)時最新的曙光3000給我們用；而軟件這塊，由于當(dāng)時國內(nèi)外都沒有現(xiàn)成的，所以我們需要對重復(fù)序列進行屏蔽、對基因組進行組裝，后來我們開創(chuàng)性地開發(fā)了RePS全基因組鳥槍法的基因組組裝軟件，然后用它完成了項目整體的工作。

“通過這個項目，每個人都得到了巨大的成長”

問：在資金、技術(shù)、人才都面臨困難的情況下，華大團隊為什么能以100多天的時間完成這項被視為“不可能的任務(wù)”？得知項目成果在《科學(xué)》發(fā)表的那一刻，大家的心情如何？

倪培相：我們能做成這件事，一個是基于華大整體的平臺，以及創(chuàng)始人設(shè)立的大方向、大目標(biāo)是對的；一個其實也就是我們?nèi)A大后來在貫徹的“三發(fā)三帶”，就是通過實際的項目來帶人才、帶學(xué)科、帶產(chǎn)業(yè)。當(dāng)時那種長期高強度的工作，確實是很難支撐下來的，加上團隊里大多是實操經(jīng)驗較少的畢業(yè)生或者剛參加工作沒多久的同事。但是通過這個項目，每個人都得到了巨大的成長，對他個人以后的道路來說都是非常寶貴的財富。

在做項目的過程中，其實大家完全沒有空想那么多的，所以后來在國際頂級期刊上看到我們每個人的名字，大家都特別激動。一方面是我們自己作為剛畢業(yè)的本科生，有機會參與這么重大的項目；一方面是覺得中國在這個行業(yè)真正地發(fā)揮了非常大的作用，真的特別自豪。

02

「100%的主導(dǎo)者」

“水稻基因組計劃是一項里程碑工作”

問：現(xiàn)在來看，您認(rèn)為繪制水稻基因組圖譜這一成果對整個領(lǐng)域發(fā)展的意義以及后續(xù)影響是什么？

劉歡：從技術(shù)方面來說，這是我們中國人在基因組學(xué)領(lǐng)域第一次100%主導(dǎo)完成的一項大科學(xué)工作，奠定了中國在水稻基因組學(xué)研究領(lǐng)域的地位，并在接下來20多年里都保持在世界第一梯隊的水平。水稻項目成果發(fā)表20周年時，Molecular Plant期刊以20篇文章組成的?？枰约o(jì)念。雜志主編評價說，水稻基因組計劃是一項里程碑工作，對中國在水稻研究領(lǐng)域邁入基因組時代而言，起到了決定性的關(guān)鍵作用。

從水稻領(lǐng)域或者農(nóng)業(yè)基因組方面來說，我們解讀了水稻的基因組，掌握了水稻的生命密碼，這對于后續(xù)的育種工作就起到了非常重要的指導(dǎo)作用。

“隨后20多年，華大一直深耕水稻基因組研究”

問：經(jīng)過20多年的發(fā)展，華大目前在水稻基礎(chǔ)研究與產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上取得了哪些重要成果？為農(nóng)民和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)帶來了哪些實際效益？

劉歡：2002年發(fā)表的水稻基因組框架圖，對于我們來說是一個起點。隨后的20多年間，華大一直深耕水稻基因組研究，發(fā)表了數(shù)十篇相關(guān)研究文章，包括2011年，華大團隊完成了中國粳稻、秈稻的起源分化以及不同亞型分布的研究；2018年，華大團隊又成了3000份水稻基因組的重測序，解析了全球水稻的譜系家系，在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表了文章。最近，我們還完成了長雄野生稻地下莖的時空組學(xué)研究、水稻種子萌發(fā)的時空組學(xué)研究、水稻的單細胞圖譜等。

在產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上，以多年生稻為例，這是由云南大學(xué)胡鳳益教授主導(dǎo)培育的，我們從基因技術(shù)方面進行助力。它是以長雄野生稻為父本、亞洲栽培稻為母本，雜交培育而成，種植一次可連續(xù)收獲多年，極大地節(jié)省了農(nóng)耕勞作中的人力和物力投入。目前，在我們的共同推動下，多年生稻已在廣東、廣西、云南等地規(guī)模化種植，在東南亞、非洲等地區(qū)的10余個國家也有超過150個試種點。

“華大已主導(dǎo)或參與破譯6000多種動植物基因組”

問：后來取得的這些成果中，有哪些是在水稻基因組圖譜的基礎(chǔ)上開展的？

劉歡：水稻基因組計劃是華大自主啟動、主導(dǎo)完成的第一個大項目，也讓華大從人類基因組計劃1%的參與者，變成了水稻基因組計劃100%的主導(dǎo)者。緊接著，華大還主導(dǎo)完成了家雞、家蠶、玉米、大豆等基因組的解析工作。目前，華大已主導(dǎo)或參與破譯6000多種動植物基因組，占全球貢獻的30%以上。也正是這些物種的基因組研究，對后續(xù)育種工作起到了決定性的助推作用，也為我們在農(nóng)業(yè)基因組學(xué)領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

03

「水稻精神」

“這是非常值得書寫，值得每一位華大人學(xué)習(xí)的”

問：請問您如何理解華大“水稻精神”的內(nèi)核？

倪培相：我覺得水稻精神最重要的是兩個方面，第一是創(chuàng)始人的戰(zhàn)略規(guī)劃是科學(xué)的、具有前瞻性的，他們通過人類基因組計劃等工作，敏銳地找到了中國在基因組學(xué)方向的一個突破口，也敏銳地察覺到了整個生物行業(yè)未來發(fā)展的明確方向，所以才能夠指引我們開展具體的項目。

第二，沒有什么是不可能的。雖然過程中會碰到各種各樣的困難，不管是資金的困難、軟件的困難，還是人員等其它方面的困難，只要大家能夠為了一個共同的目標(biāo)發(fā)揮自己所有的力量，互相促進、互相扶持，就一定能夠完成自己覺得不可能的任務(wù)。

劉歡：今天我們?yōu)槭裁催€要談水稻基因組計劃？因為它是一種精神象征。那時候在一窮二白的情況下，要解決經(jīng)費問題，解決技術(shù)問題，還要追趕時間，那種艱苦程度可能是今天無法比擬的。

當(dāng)然，今天的華大也在攀登一座又一座的“珠峰”，比如說我們在多年生作物這個領(lǐng)域，從科學(xué)機理研究到品種培育，到適應(yīng)不同地區(qū)的品種培育，再到全球化的推廣，也是一步步從無到有做起來的。

雖然現(xiàn)在的整體條件改善了，但當(dāng)時那種為了一個極困難的大目標(biāo)，以一種忘乎自我的奮斗精神去工作，這是非常值得書寫，值得每一位華大人學(xué)習(xí)的。我相信，在水稻精神的激勵下，今天年輕人完全有能力共同去攻克一個又一個更高難度的大項目。

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