我国科学院遗传与发育生物学研讨所（以下简称遗传发育所）研讨员傅向东是一个给水稻“瘦身”的人。

  “水稻和人相同，肥吃多了也会变懒根系变小，吸肥才能下降。”研讨水稻氮肥高效使用多年，傅向东深谙这种作物的脾性。

  2005年以来，傅向东与团队企图经过发掘潜在的“高产+氮高效”优异等位基因，并将其按需拼装，打破优秀性状间彼此拮抗的育种瓶颈。他们还培育出“中禾优”系列水稻，在实践中完成了“瘦身增效”双赢。

  十八载的继续深耕让傅向东和协作者取得不少荣誉。两年前，他们走进人民大会堂，抱回烫着金字的大红色国家天然科学奖二等奖证书。近期，他们又取得我国科学院出色科技成就奖。本年初，傅向东还取得了首期“新柱石研讨员项目”赞助。

  北京奥运村，遗传发育所一间七八平方米的小型育苗室内，水稻、小麦、拟南芥等多种实验资料悄然成长。

  这些资料虽然身段都很“迷你”，“身价”却不一般。它们都被转入了科学家看好的潜在优异等位基因，科学家经过资料的长势可“管窥”方针基因是否抱负。

  傅向东心中的抱负基因是，在给肥料做减法的一同给产值做加法。这样的“加减协同”是育种上的难题。

  上世纪60年代，半矮化作物育种引领了农业史上的“绿色革命”。这场“绿色革命”终究怎么样影响产值与化肥使用功率？一向以来，其间的机理并不清楚。

  在英国约翰英纳斯中心做博士后期间，傅向东找到了原因。半矮化种类中阻挡赤霉素信号途径的一个植物成长按捺因子DELLA蛋白的堆集会升高，下降了作物株高，有用提升了抗倒伏才能，但也随同着作物穗粒数削减、氮肥使用功率下降。

  能否改动半矮化种类的下风，引发新一轮“绿色革命”呢？傅向东期望啃下这块“硬骨头”。

  这些年，他和协作者现已找到多条完成“瘦身增效”的潜在道路，可在不改动株高的条件下，添加穗粒数、分蘖数，完成高产和氮高效协同改进。

  第一条道路触及影响植物成长发育的G蛋白。这条道路为削减“绿色革命”负面效应、完成瘦身增效供给了新的育种战略。傅向东和我国科学院院士、我国农业科学院作物科学研讨所研讨员钱前等协作者因而取得2020年度国家天然科学奖二等奖。

  第二条道路是影响植物碳-氮代谢的赤霉素信号通路。他们从带着“绿色革命”基因的水稻资猜中克隆了一个氮肥高效使用的要害基因GRF4，为植物碳-氮协同高效使用翻开了一扇窗。

  第三条道路则是优异等位基因组合叠加。例如，操控水稻成长发育的氮呼应基因NGR5，能在削减氮肥投入的一同添加水稻分蘖数；GRF4、NGR5与DELLA蛋白互作，可协同进步作物光协作用和氮肥使用功率，且坚持半矮化性状。他们将DELLA、GRF4与NGR5进行模块化组合，完成“瘦身增效”。

  接二连三的亮眼效果引得许多人向傅向东“取经”：“成功率为啥这么高？”傅向东的答复是，其实99%的实验都是失利的，只要1%的成功被写到了论文里。

  “要找到一个具有严重育种价值的基因很难，就像难如登天，总要阅历许多失利。”他说，“有时一项研讨会走到死胡同，一项效果在宣布时总觉得还差点火候，就只能先放下，等过几年，有了好思路再重新做。”

  傅向东的电脑里存着许多篇写完后未宣布的文章。他的第一名博士生蒋才富在2007年编撰的一篇论文仍在一个“未宣布”的文件夹里，而这名博士生现在已是我国农业大学一名教授。

  本年2月，遗传发育所温室里培育了近两个月的禾苗资料从北京被空运至海南，在农业“南繁硅谷”的实验田落地生根。它们承载着傅向东和团队的新等待。

  “从事分子生物学研讨的人，不能只做马后炮的工作。”傅向东常这么说，“除了提醒优秀种类优势发生的遗传机制、宣布论文外，还要处理一些实际问题，真正为农人带来利益。”

  与坐办公室比较，傅向东更喜爱下田。在海南，傅向东和团队年年都会种水稻；在安徽，他们的实验田从无到有，已增长到现在的100亩。

  回国十八年来，他每年国庆节都是在稻田里度过的。他会和学生一同，仔仔细细地调查田里作物的表型，剖析它们与实验预期是不是真的存在距离。有时，一些意料之外的表型会给他们的实验翻开新窗口。

  事实上，在作物育种中，并非一切优异基因的组合都能发生“1+1＞2”的叠加效应。在田间，他们测验把不同的优秀等位基因聚合在一同，探究能否到达抱负的“瘦身增效”方针。

  根据10多年的分子机理研讨，傅向东与协作者培育出“中禾优”系列水稻种类。据介绍，这些规划型新种质资源现在已发展到第11号。

  “每一个编号咱们都测验处理一个问题，把难以协同改进的优秀性状整合到一同。”傅向东说。

  以“中禾优1号”为例，这一种类出色高产和高效，在正常上肥的情况下，产值比对照种类高18%左右。研讨团队还经过进一步聚合细粒长相关优异等位基因，推出“中禾优3号”和“中禾优5号”，培育出外观更细长的优质稻米。

  从在实验室中发现产值和氮肥使用功率难以协同调控的要害分子机理，到在大田里打破高产和氮高效难以协同改进的育种瓶颈，傅向东表明，这些不能脱离长时间深化的协作。

  从“沈农265”水稻种类开端，傅向东和钱前的协作已继续了十几年。“钱前院士的水稻资源很丰厚，也十分懂农学。从资料同享到专业互补，咱们的协作一向十分亲近。”傅向东说。

  本年2月，我国科学院出色科技成就奖获奖名单中，除了两位“老搭档”外，还有遗传发育所青年研讨员吴昆、副研讨员刘倩和南京农业大学教授李姗。3位青年科学家都是团队近年来培育的主干人才。

  相似“中禾优”系列种类的多基因规划与聚合实验，傅向东与协作伙伴在继续展开。跟着水稻实验产能的高度开释，傅向东期望，经过“瘦身增效”这条路，削减农人投入，下降环境污染。

  本年1月，傅向东取得了“新柱石研讨员项目”赞助。赞助名单发布后，一位评委给他发邮件恭喜，称他在辩论中讲了一个“感动人心的故事”。

  此次采访中，傅向东再次提及，到本世纪60年代，作物的成长环境与百年前“绿色革命”时彻底不同。跟着全球气候变暖与二氧化碳浓度增高，植物的光协作用无疑会增强，但植物根系对矿物质的吸收才能却会下降，特别是对氮肥的吸收才能可下降28%。

  这意味着，未来环境将对碳氮使用功率提出新应战。例如，怎么把更多二氧化碳变成光协作用的质料？怎么在环境改变中调控植物的碳-氮吸收平衡？

  这些具有应战性的问题，也是未来5年傅向东要答复的。“不一同代作物育种都会有新的问题。”傅向东说，他期望把给作物“瘦身增效”这条路走究竟。

  他们现已找到了一些头绪，比方碳-氮协同正调控基因GRF4及其互作网络。下一步，他们期望将植物成长发育、氮素代谢和光协作用作为一致全体，探究进步氮肥使用功率的新思路和新方法，助力完成“可继续型绿色革命”。