《自然》審稿意見22頁，答復98頁，通過！

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2021年11月，李國田決定向《自然》投稿。

“這是我們第一次投稿《自然》雜志，第一稿算是‘投石問路’，能給一個修改機會就算成功！”他的博士生沙干說。 《自然》審稿人還真的給了修改機會——長達22頁的建議。他們的論文原文也才5頁。 一年半里，編輯每次來信的郵件末尾都附帶一句話：假如有其他團隊率先發表了類似的研究成果，那么論文的審稿進程就會結束。 在這種壓力下，他們不斷充實壯大自己的研究成果，最終拿出98頁的答復。 6月14日，《自然》在線發表了華中農業大學農業微生物資源發掘與利用全國重點實驗室、湖北洪山實驗室教授李國田團隊牽頭完成的研究論文。他們利用基因編輯“分子剪刀”創制了新型廣譜抗病水稻材料，實現對稻瘟病、白葉枯病和稻曲病三病的抗性“加持”。

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李國田（左四）團隊在實驗室。華中農業大學供圖

真到了“無人區”，就不“卷”了

面對100多平方米空蕩蕩的房間，沙干欲言又止，最終蹦出一句話：“空曠的房間，6人6張電腦桌，這感覺好像傳銷！”

那是2018年夏天，李國田結束了5年博士后工作，帶著他尚未解決的科研問題來到華中農業大學建立自己的實驗室。學校提前為他招收了2名博士生、4名碩士生。師生7人都是初來乍到，必須“白手起家”、從零開始組建實驗室。

躬耕獅子山下 他們主攻的對象是李國田博士后期間的“老對手”——堪稱“水稻癌癥”的稻瘟病。在制種一線，不抗稻瘟病的品種會被“一票否決”。 他們的切入點是水稻-稻瘟病菌互作研究。當時，李國田已經在3000多份水稻材料中篩選出對稻瘟病菌抗性很強的類病斑突變體rbl1，并從中克隆了基因，將其命名為RBL1。 “雖然克隆了基因，但因為它的突變體能產生的種子非常少，也沒有很好的技術對它進行有效改造，使得大量遺傳學工作開展起來非常困難。”李國田說。 好在基因編輯技術日益成熟。用基因編輯“分子剪刀”處理類病斑突變體基因，被提上了日程。 然而在沙干眼里，稻瘟病在水稻研究中是一個妥妥的“偏科生”，并不被他這樣的科研新人“寵愛”。一是因為抗稻瘟病研究者眾多，二是因為“的確很難”。 不過，李國田經常在學生們疑惑時，用自己導師康振生院士30余年堅持研究一種病害的故事激勵他們：“摒棄固有觀念，做別人不做的工作，成為‘第一個吃螃蟹的人’。” 沙干清楚地記得，因為觀察實驗，他們連續3年在導師家過年。每逢這樣的“閑暇”時光，李國田就會跟同學們漫談他的科研“世界觀”和“方法論”： “科研需要逆商，別人做我一定不做。” “什么時候都需要創新，一切新技術新手段都可實行‘拿來主義’。” “不躺平、不擺爛，一往無前！” “真到了‘無人區’，就不‘卷’了。”……話雖質樸，卻也走心。 就這樣，用基因編輯這把“剪刀”對RBL1進行精雕細琢的工作開始了。

為省時間同時編輯多個位點

“沒有人把類病斑基因用在育種研究上，它屬于育種家眼中不好用的那類基因。”李國田說，因為這類基因會讓水稻葉子表面出現類病斑，嚴重時只剩下一片綠葉；分蘗數也相應減少，只留下一枝穗子。 攜帶類病斑突變體基因的水稻不會得稻瘟病，但也沒什么籽粒產量，簡直和“絕收”差不多。 “沒有產量的基因誰會拿來育種？”李國田沒有想到的是，他長達10年的工作最終卻把類病斑突變體基因用在了水稻育種上。 李國田最初的設想是用基因編輯技術處理RBL1基因使它改變，重現不能抗稻瘟病的表型，以此證明RBL1基因的作用機理。 起初，沙干老老實實地對RBL1基因上29個堿基對進行編輯，一次編輯一個位點，希望找到能重現表型的突變體。 然而，事與愿違。“這樣得到的突變體沒有發生太大的變化，依然不好用。”李國田說，水稻的生長周期長，在一次編輯一個位點的策略上，他們“逗留”了至少一年多。 “時間不等人啊！當時我不知道有沒有同行在研究這個基因，為了節省時間，我們決定同時編輯多個位點。”李國田說。 誰也沒有料到，這個為節省時間而想出來的多位點同時編輯策略，居然成為此次發表論文的重要創新點，也是《自然》編輯部最看重的一點。

一株“特立獨行”的水稻

2020年9月的一天，沙干發現實驗室里一株命名為RBL12的水稻只在成熟期表現出類病斑，且僅在葉片上出現微弱的表型，并不像往常那樣嚴重。 最讓他意外的是，這株水稻“特立獨行”地結出了很多種子，甚至比對照組的水稻產量還高，對稻瘟病菌的抗性也很強。 得知此事的李國田第一個反應是：不會是搞錯了吧？！ 因為rbl1突變體從來不會結出這么多種子，這個意外的試驗結果讓他們很激動。 為排除試驗步驟出錯，他們很快進行了5次重復試驗，結果都是抗性強、產量高。 “實驗室結果和大田試驗往往大相徑庭。”李國田深知下結論還太早。既然獲得了不少種子，他決定帶著團隊成員到農田里去做中試試驗。 從華中農大獅子山下的校園試驗田，到江西、湖北的合作基地，甚至海南南繁基地，他們在5處試驗田里播下了RBL12的種子。 李國田說，湖北恩施實驗基地是稻瘟病的“病窩子”，在那里，對照組幾乎顆粒無收，RBL12的試驗田卻欣欣向榮——產量、抗性都重復了實驗室里的結果。 “經過大田的檢驗，我們終于有了把握，這個突變材料是沒有問題的。”李國田隨后又帶領團隊做進一步研究，發現RBL12不僅抗稻瘟病，還對白葉枯病和稻曲病具有廣譜抗性。 “不好用”的類病斑突變體基因突然變成了育種材料中的“香餑餑”。

5頁論文、22頁修改建議、98頁答復

“我們考慮了好幾個期刊。”李國田說，但思前想后，他還是覺得要沖一沖《自然》。 論文投出去了。沙干說，那段時間是忐忑的，每天起床第一件事便是打開郵箱，看是否收到了回復。 后來，他們真的等到了22頁的修改建議。“論文才有5頁。”李國田說，4名審稿人非常負責任，頂級期刊對論文的“精雕細琢”讓他很“震驚”。 “他們不限于逐字逐句地審核論文。其中一名審稿人一看就是內行，他把我們的基因拿去做了深入分析，指出了一些他認為有錯誤的地方，并提出了修改意見。這真的讓我很佩服。”李國田認為，有兩個建議使他們的工作“錦上添花”。 首先，RBL1基因編碼水稻胞苷二磷酸-二酰甘油（CDP-DAG）合成酶，是一個重要的磷脂代謝調節樞紐。然而，這個酶的部分產物在水稻中幾乎是痕量的，很難測出來。“我們寫論文時考慮到測它的含量，但由于時間緊張，沒有做，沒想到論文審稿人提出了這個問題。” 其次，審稿人建議他們做互補試驗，也就是把野生型基因重新導入編輯株系中，觀察表型是否會變回野生型。“這一點是我們沒有想到的，確實受益匪淺，對我們以后做機理研究非常有啟發。”李國田告訴《中國科學報》。

李國田沒有感到氣餒，反而想：“只要你們編輯部不放棄，我們就不放棄。”他繼續保持著長達十幾年的習慣——每天夜跑30到40分鐘。“放松，放飛想象力！好多想法都是跑步時的靈光乍現。”

李國田在實驗室 就這樣，從2021年11月到2023年6月，他們經歷了漫長的審稿“長跑”。最終用98頁紙耐心仔細回答了22頁所有問題。

搶發？還好有驚無險

“老天，真的很吃力！”補充實驗持續了一年多時間，難度也超乎想象。 他們尋找新的合作伙伴，終于在法國科學院團隊的支持下，搞定了磷脂含量的測定。互補試驗也圓滿完成了。 兩次大修，三次小修。每一次修改意見返回的時候，郵件末尾都附帶一句話：假如有其他團隊率先發表了近似的研究成果，那么論文的審稿進程就會結束。 每當看到這句話，李國田心里就犯嘀咕：什么情況！難道編輯部知道有相似論文要發表嗎？ 他們投稿途中還發現，中國工程院院士萬建民團隊在Cell Research上發表了一個新基因CDS1，這和當時李國田正在修改進程中的論文用的基因名稱一模一樣！而且這個CDS1基因也是在水稻里發現的，也是類病斑基因，也抗稻瘟病，表型太像了！ “我的天，會不會是一樣的！”李國田說，在他們的論文里，原來用CDS這個縮寫給新基因命名，是和磷脂代謝過程有關。 好在后來經過認真核對，他們發現“萬老師論文中用的CDS是指代另外一個基因，僅僅只是縮寫相同，和磷脂代謝過程沒有關系。還算有驚無險，當時真的把我們嚇了一跳”。 經此一役，他們把基因名稱由CDS1改成了RBL1，以免引起不必要的誤會。

各大期刊紛紛點評

“這項研究展示了新的基因編輯技術在作物遺傳改良中獲得理想農藝性狀的巨大潛力。”法國巴黎高等師范學院教授Yvon Jallais在《自然》上評論說。 李國田告訴《中國科學報》，他們的工作為如何使用“不好用”的基因提供了很好的示范——通過基因編輯“雕刻刀”精準改造，從而發掘出基因突變體的新性狀，并用在作物育種上。 類病斑突變體基因高度保守，在小麥、玉米、番茄和生菜等作物中都有等位基因存在。初步試驗顯示，RBL1基因編輯在上述多種作物育種中廣泛適用，可以增強作物的抗病性狀。 “在這一點上，我們和《自然》編輯達成了共識。所以，編輯部邀請我們寫了一篇以《利用基因組編輯技術馴化水稻基因》為題的科普短文，闡述如何利用新的基因編輯技術處理‘不好用’的基因，并在同期發表。”李國田說。 論文一發表，立刻引起了國內外學術界的關注。國際期刊《植物科學進展》《自然-植物》《分子植物》等分別邀請國內外科學家對這一成果進行評論。 中國工程院院士、寧波大學教授陳劍平認為，這項工作打破了目前水稻主要利用抗病基因育種的傳統思路，展現了基因編輯賦能農業生產的應用價值，發掘的廣譜抗病基因為生物育種提供了新資源，為作物病害綠色防控和國家糧食安全提供了新保障。

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06205-2