2016年，黄雪慧加入上海师范大学生命科学学院，白手起家组建了植物数量遗传学团队。那时，黄雪慧心中已经有了一个“蓝图”。他想解决一个基本的遗传问题：哪些基因调节水稻的不同性状。

“我们预料到了研究中可能会遇到的困难，也知道短期内无法达到预期的结果。但我们都相信这是一件非常有意义的事情，所以我们咬牙切齿”并开始这样做。”黄雪慧告诉：010 -30000。

接下来的8年里，黄学辉带领团队从16个品系出发，构建了18421个稳定的纯合水稻“混杂”群体，覆盖了全球栽培稻的主要遗传亚群。这个独特的群体不仅具有完全清晰的遗传背景，而且打破了天然水稻群体中明显的遗传结构分组。

同时，团队对所有菌株进行了详细的基因型分析和表型测量，找到了控制16个重要农艺性状的96个高置信度候选基因。该研究为水稻遗传研究提供了重要的物质和数据资源，为水稻分子设计育种奠定了理论基础。这项研究最近发表在《科学》杂志上。

科学截图

水稻性状从“图画”到“词典”

水稻是世界上最重要的粮食作物，也是植物遗传学研究的模式物种。长期以来，世界各地的育种专家尝试采用不同的方法来提高水稻的产量、品质和抗病性。近年来，科学家利用全基因组关联分析（GWAS）等方法，在水稻等农作物中鉴定出了许多与农艺性状密切相关的基因，这也为后续育种改良提供了更多切入点。

第一个关注这个问题的人可以追溯到200多年前的孟德尔。他的豌豆杂交实验为遗传学奠定了基础。但孟德尔关注的几个性状相当特别，只有两种选择：饱满的或皱的豆子、紫色的花或白色的花……

然而，大多数时候事情并不那么简单。比如人的身高、体重、对疾病的抵抗力等都在一定范围内呈现出持续的变化，远不是非黑即白的。这意味着同一生物学特性由多个基因共同调控，最终呈现出综合效应。同样，水稻基因和性状之间也不存在简单的一一对应关系。

早在中国科学院上海生命科学研究院攻读博士学位和工作期间，黄学辉就开展了一系列工作：2010年，他开发了植物全基因组关联分析的方法系统； 2012年，他利用446个野生稻和1083个栽培稻样本，鉴定出了55个驯化基因位点……

在此期间，黄学惠发展了一种快速构建遗传群体基因型图谱的方法，可以将作物的基因型和表型联系起来，捕获相应的控制性状的基因。 “但在使用这种方法时，我们发现性状映射的基因不完整。结合文献中的分析判断，我们认为应该是植物的群体结构造成的。”

就像人类中有欧洲人、非洲人、亚洲人等一样，人们很容易根据一个人的外表来判断他是亚洲人还是欧洲人。然而，如果只单独观察某个群体，你将无法完全理解不同群体之间性状差异的原因，也很难检测到基因之间的遗传相互作用。

同样，稻米也有不同的群体，差异也相当大。为了捕捉不同水稻群体之间的差异，黄雪慧团队精心设计并创造了各种“杂交”群体，充分打破了不同水稻品种的群体结构。

这项研究涉及农学、生物学、信息学、统计学等多个学科，需要处理大量的材料和数据。

黄学慧首先绘制了详细的“研究路线图”，将这个大课题分为遗传学、分子生物学和数据分析三大部分，然后进一步细化每个时间节点的主要工作以及每个环节可能遇到的情况。遇到问题，一步步克服。

主要完成研究的人员。左起：永开诚、魏新、黄雪慧、刘杰、张琪、陈梦娇

在项目的前六个月，实验室正在装修，没有用来浸泡水稻种子的盘子。他们从其他实验室借来移液器来浸泡种子，借用育苗盆来种植水稻。 DNA文库构建和测序成本高昂，因此团队从制备测序所需的酶入手，摸索出一套高通量、低成本的技术解决方案。遇到数据分析瓶颈，团队反复尝试不同方法，并咨询了大量国内外该领域的专家……

为了让这个“字典”发挥更大作用，团队进一步开发了一款名为RiceG2G的工具，可以快速捕获相关性状的候选基因，为挖掘优良水稻基因提供参考。

一些实验数据

种植土地，科学家。

贯穿本研究的一个关键词是“农业”。为了加快“混交”水稻群体的培育，同时考察不同生态区对该群体生长的影响，团队每年都会在上海和海南种植水稻。

十多亩地被分成了20厘米20厘米的小格子。每个格子里种植一种单独的材料，每一代都会种植数万种材料。魏新带着学生往返于上海和海南之间长达8年之久。每年10月在奉贤采集种子，立即分选，11月初运至海南崖州播种。明年3月底，在崖州收种运回上海，5月中旬在奉贤进行新一轮播种。他们在极端高温下下田插秧，在台风、暴雨期间收割种子是常事。

在田里种植水稻

水稻群体建设完成后，大规模性状调查、大数据分析和实验验证持续了两年多。

所谓性状调查，是指对生物体的形态特征、生理特征和行为模式进行系统观察和记录，以了解其遗传模式和表型差异。本项目需要对数万种材料的16个重要农艺性状进行观测和记录。

特质调查

“一方面，每种材料都需要对多个植物进行测量，取平均值；另一方面，还需要考虑环境中植物的特性。目前还没有自动化的现场测量仪器。除了努力工作，没有其他方法。”魏新说，“因为在上海很难找到足够的人手，所以我们请了很多本科生来帮忙。当人手紧张的时候，我们还请来了外地的技术工人来帮忙。”

人数最多的时候，几乎有100人同时在现场作业。整整三个月，无论是教授还是田间师傅，无论是研究生还是本科生，他们每天天不亮就下田，天黑就不干活，风雨无阻，终于把这块硬骨头“啃”掉了。

由课题组教师、学生、本科生和工作人员组成的特质调查小组

此前，魏新的研究领域主要是生物信息学。大多数时间，他都在办公室敲代码、分析数据。通过多年的田间实践，魏新对水稻的田间特点非常熟悉。

“我们很多老师和同学以前都没有种过水稻。但这个项目的特点决定了我们只有亲自参与才能把这件事做好。”魏新说道。

让“混血混血”体系发挥作用

黄学慧是该领域为数不多的完全在国内培养模式下成长起来的顶尖科学家之一。 2006年从复旦大学毕业后，黄学慧来到中国科学院生命科学研究院师从中国科学院院士韩斌攻读博士学位，毕业后继续在该所工作。加入上海师范大学时，他已是数量遗传学领域的知名学者。

在黄雪慧看来，平台可以起到一定的加成作用，但科学研究最根本的决定因素还是人本身。 “我们团队的几位老师都接受过很好的科研培训。此外，每年招生季，整个研究团队都会花几周时间一起进行现场面试。我们也很幸运遇到了一些优秀的学生。 ”

植物数量遗传学团队是在“以人为本”的理念下成立的。目前，团队教师平均年龄35岁。他们包括作物遗传育种和分子生物学领域的研究人员，以及精通生物信息学和统计学的研究人员。他们在发挥各自优势的同时，高效沟通，共同培养了一支各有所长的研究生团队。

黄雪慧与团队成员

以水稻“杂交”群体为起点，黄学辉和他的团队开始设计新的“图纸”。

“下一步重点是如何让这个物质体系更好地发挥它的价值。”黄雪辉希望更多的科学家能够直接利用该系统进行农艺性状和分子特征的遗传研究。