摘要：通过单倍体加倍可实现所有基因的完全纯合，保证农作物经多代繁育后，仍维持优良性状，从而实现农作物的优质高效生产。

单倍体技术，是农业生产上一项重要的育种技术。

通过单倍体加倍可实现所有基因的完全纯合，保证农作物经多代繁育后，仍维持优良性状，从而实现农作物的优质高效生产。

然而，如何稳定高效地培养出一个单倍体植株，却是长期以来困扰几代科学家的难题。

9月3日，《通过BBM-BAR1重编程小孢子发育命运实现高效体内单倍体诱导》论文在国际顶级期刊《Cell》上刊发，使这一难题迎来了柳暗花明。

这篇论文来自在贵州师范大学开展帮扶工作的孙蒙祥教授团队，他们成功破解了单倍体细胞命运调控机制，找到了打开单倍体育种新世界的“钥匙”。

孙蒙祥在实验室与学生交流。（贵州师范大学供图）

未解之谜

9月4日，记者在实验室里见到了武汉大学帮扶贵州师范大学生物学学科专家团队负责人孙蒙祥。

这一重大研究成果的发表，使得采访邀约不断，但孙蒙祥仍然深感团队所做的仅仅只是一个开始。

“单倍体诱导说起来容易，做起来却很难”。孙蒙祥说。

从上世纪60年代起，育种学家们就致力于利用高温、饥饿等胁迫处理方式，诱导植物小孢子（未成熟花粉）转变发育命运，从而获得单倍体植株。

可传统技术不仅操作繁琐，且始终跳不出“基因型依赖”的怪圈：只有油菜等少数作物能成功，其他作物却“水土不服”，大规模推广更是无从谈起。

孙蒙祥与学生讨论试验结果。

“最重要的原因就是我们不知道这种胁迫处理究竟起了什么作用？如何改变了细胞？重编程的分子机制又是什么样子？”孙蒙祥说，这成为制约该领域发展的“卡脖子”难题。

今年2月，在省委、省政府大力推进下，武汉大学与贵州师范大学形成省校战略合作，孙蒙祥团队领命从武汉大学飞抵贵州师范大学，开展驻点帮扶。

烟草和白酒都是贵州重要的支柱性产业，但经过多代繁育，用于制烟、酿酒的烟草和高粱品种出现一些重要经济性状的退化。为破解制约贵州烟草、白酒产业发展的难题，孙蒙祥团队更为深刻地意识到此项研究的迫切性。

功夫不负有心人。在经过大量实验后，孙蒙祥团队终于在无数的基因中验证了起到关键作用的因子——BBM，通过进一步研究，又鉴定出BBM的下游基因BAR1（BBM-activated Androgenesis Regulator 1），其表达同样可独立启动小孢子的胚胎化进程。

也就是说，只要改变这两个因子，就能改变小孢子发育的命运。这一发现实现了理论上的重要突破，揭示了小孢子命运重编程的关键分子机制，找到了几代科学家苦苦寻找的答案。

更为重要的是，相比美国人首先发现的BBM，此次发现的BAR1属首次发现，具有我国完全的自主知识产权。

目前，该研究成果已经分别在水稻、烟草中得到论证。这两种植物代表了农作物的两大类别——单子叶类和双子叶类，意味着，该成果具备推广到其他作物的可能性。

在此基础上，孙蒙祥团队还设计出一套多快好省的单倍体诱导方案：通过直接在小孢子体内异位表达BBM-BAR1模块，驱动小孢子由配子体发育途径转向胚胎发生途径，打破了传统方法中对胁迫处理的依赖，不仅节省了大量人力、物力，同时大幅度地提高了单倍体植株培养的成功率。

基因寻踪

做实验，有时候也需要一点运气。

在转录组中，发现潜在的目标基因往往不是一个两个，而是成百上千个，这里面究竟哪个是最关键的基因，需要在海量数据中筛选。

说到这里，孙蒙祥笑了：“还好，我们的运气很好，没经过多少回合，就找到了其中的关键基因。”

事实上，过程远不如孙蒙祥说的轻巧。

马克思说：“在科学上没有平坦的大道，只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人，才有希望达到光辉的顶点。”

这项研究成果的诞生，背后是上千次、上万次的失败。

其中最难的，当属实验中需要运用的小孢子培养技术。有关这项技术的记录还停留在上世纪六七十年代，如此细致的组培工作现在已经鲜有人会。

“我们的学生只能重新去看老的文献，一遍遍地尝试。但就像绣花一样，即使知道了绣花的流程，不同的人绣出来，效果却不一样。”孙蒙祥说。

消毒、分离、配培养基、培养时长……每一个环节都考验着团队的细致和耐心，操作的差之毫厘，都会导致实验结果的失之千里。

经过了很长一段时间的尝试、无数次的排列组合，团队终于将小孢子培养从“偶然成功”变成“稳定可控”，并提出了可复制的操作程序和操作标准。

因为腰椎不好，孙蒙祥经常站着办公。

受实验室条件所限，团队的许多实验都在武汉进行。每周，孙蒙祥和团队其他成员会开一次视频会议，讨论当前的研究成果，制定下一步计划。

孙蒙祥常挂在嘴边的一句话就是，“时间不够用。”为了有更多时间做科研，他长期不睡午觉。

在武汉，团队成员也在争分夺秒地开展实验。实验往往需要长时间连续跟进，一组数据出来，大家就立刻开会讨论，甚至深夜仍在修改方案。

“说是与时间赛跑，不如说是在与国际前沿竞争赛跑，如果稍有迟缓，就可能被国外团队抢占先机。”团队成员之一，贵州师范大学特聘研究员、武汉大学博士后史册说：“团队上下都怀着强烈的使命感和紧迫感在做这件事。”

正是源于这种对科研的热爱，才支撑团队攻坚克难、过关斩将，取得如今的成果。

然而，这并不是终点。“科研需要‘顶天立地’，只有顶层的理论研究不行，更重要的是运用在生产实践中。”孙蒙祥说。

现在，团队正将这一研究成果推广运用于实践生产中，在创建作物改良新技术、酿酒原料作物系统研究与产业化应用、山地油菜高产高抗新品种创制创建、山地马铃薯种质创新与应用等方面展开研究，让理论研究真正服务于贵州地方经济发展。

孙蒙祥教授团队部分成员，从左至右为赵子赋、史册、钟意成。

点燃火种

这项科研成果的发表，不仅是团队的突破，也是贵州师范大学首次在世界顶级期刊《Cell》上发表论文，是省外高水平高校帮扶贵州学科建设的标志性成果。

其背后，彰显着贵师大生物学学科人才、资源等多方面发展齐头并进的迅猛势头。

贵师大生物学是国内最早开展喀斯特生物学研究的学科之一，研究特色鲜明，发展潜力巨大。

“真正的帮扶，是点燃火种而非传递火炬。”孙蒙祥说，开展研究过程中，他也意识到，帮扶不是简单复制，而是因地制宜嫁接优势。

着眼国家所需、聚焦贵州“四区一高地”战略定位，发挥武汉大学生物学优势，结合贵师大生物学学科实际情况，孙蒙祥团队提出了“1+5生物学提质计划”：通过2025年一年的帮扶，在2026年第六轮学科评估中实现提档升级；再通过5年的建设，建立博士后流动站和院士工作站，到2030年进入到B类学科行列。

孙蒙祥指导学生。

目前，团队正从资源、人才、教学三大维度发起“破壁行动”。

依托现有仪器平台，贵师大生命科学学院正建设基因工程研究、细胞生物学研究、蛋白质研究、智能化温室培养、生物信息学、动植物生理生化检测研究等六个生物学基础研究平台和人才专用平台。同时，推进科研设施共享平台，促进跨学科、跨领域的共享与协作，以提高设备利用效率和科研水平。

在孙蒙祥教授团队的协调帮助下，贵师大已引进两位生物学领域国家级青年人才，正积极组织国内外青年学者，依托贵师大申报国家级人才项目，学术团队力量得到极大提升。

孙蒙祥表示，未来，团队将从最迫切的学科发展需求入手，逐渐把武汉大学生物学科的顶尖成果与贵州喀斯特生态环境研究深度结合，开辟学科发展新赛道。

他更希望点燃全民科普的火种，“时代发展很快，生活的方方面面都在利用科学成果。”孙蒙祥研究植物有性生殖已有40年，他说，科研中，兴趣是最强的驱动力。今年全国迎来首个科普月，他希望更多的青年学子热爱科学，投身科研，共同探索自然的奥秘。

贵州教育报记者 岳端

编辑 皮亚丹

二审 钟俊怡

三审 王宁

来源：天眼新闻