2017年11月30日晚7点，中国科学院大学科学前沿进展名家系列讲座第106讲请到了中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员、博士生导师傅向东老师，他为同学们带来生物科学系列讲座，探讨“绿色革命”的成就与局限。
如今我们生活在食物多样化的环境里，各式各样的蔬菜水果和粮食作物极大地丰富了餐桌。然而，果实的汁多味美大多不是植物的野生性状——从香蕉到番茄，从大豆到水稻，多数植物都经过了漫长的“驯化”过程，才逐渐变成了对人类更合适的食物。
上世纪六十年代，水稻和小麦培育中的“绿色革命”发生了。通过对调控植物生长发育的植物激素有了更深入的研究，科学家们培育出了半矮化品种；而伴随着半矮化的粮食品种在世界范围内推广，作物株高明显降低，粮食产量显著提升，为全世界的人们提供了更多粮食。
在植物生长发育过程的调控中，赤霉素正是发挥重要作用的植物激素之一。植物的伸长、开花等生理过程，均与赤霉素含量有关。利用遗传学手段，通过对多种拟南芥赤霉素突变体的研究，人们在上世纪九十年代针对赤霉素的调控通路提出了“去阻遏模型”，并在此基础上不断完善理论模型。在研究与筛选赤霉素受体的过程中，傅向东研究员和实验室团队做了大量艰苦努力，与坚持多年研究激素受体的国外实验室交流，最终拓展思路，成功验证了三拷贝基因片段对感知赤霉素通路的调控机制。
“绿色革命”通过植株矮化，大量提高了粮食产量，解决了饥饿问题，但随之而来的也有问题和挑战。上世纪九十年代后，肥料投入越来越多、但产量不增反降，过量的肥料带来水体污染、成本骤增、粮价提高等诸多问题。事实上，植物的生长发育与营养代谢存在耦联关系，故而矮化过程会限制元素利用。通过研究吸收能力对应的基因位点，人们在水稻和小麦中，找到了不影响株高而增加氮肥吸收量、提高产量的基因，实现兼具矮化和高产能力的改良。
寻找植物中信号途径和营养吸收协同机制，成为这项工作中的要点。傅向东老师通过寻找细胞质与细胞核中的互作蛋白，发现了激活下游基因的转录因子，解析调控通路。因此，能够逐步克服第一次“绿色革命”中过量使用肥料的弊端，通过解析G蛋白信号和赤霉素DELLA信号途径，提高植物利用氮肥的效率。
育种家在研究复杂性状过程中，更精准的研究成果离不开基因组分析、分子生物学功能验证和统计建模技术。从“经验育种”走向“精准育种”，依靠分子设计，植物研究正在精微、精准的方向上不断发展。
讲座最后，傅向东老师也与同学们分享了科研上的一些建议。眼界开阔、坚持不懈，是做科研工作需要具备的品质。目前随着技术发展，生物学亟待研究的领域不断涌现，只要选定方向、坚持完成，就有可能推动人们更深入地认识自然、认识世界。（文/雷雨晴 图/包浩然 来源：国科大记者团）
讲座现场
延伸阅读：
“科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月，是中国科学院大学为本科生开设的必修课程，同时欢迎研究生与教职工参加，由中国科学院大学本科部主办，讲座召集人为徐涛院士。该课程按照数学、物理、化学、生物、材料、计算机、天文、电子信息工程等专业，邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展，让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展，拓宽学生的学术视野，为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。
