摘要 :康乃尔大学植物学家苏珊 · 麦克库奇（Susan Mccouch）不是试图培育一种理想的作物贡献给全世界，而是从地方水稻品种入手，试图通过利用最新的分子生物学手段对这些品种进行改良。作者说 :“她的研究仍处于早期阶段，但是她希望她和她的同事们最终能够获得绿色革命的成果。
致力于改善作物产的农业科学家们通常试图创造出理想的作物品种，贡献给世界各地的农民，位于纽约伊萨卡的康乃尔大学植物育种学助理教授苏珊R. 麦克库奇（Susan R. Mccouch）却有一种不同的方法。她从农民喜欢的作物入手，把来自野生种的某些新基因混入其中，然后挑选出长势最好的植株。用最新的分子生物学手段来寻找与改善产量有关的基因。
她认为，这一方法能够产生改善作物的良性循环，从而满足过度膨胀的世界人口。她说“我们的方法和传统的植物育种正相反。”
麦克库奇从世界上最重要的作物——水稻入手。水稻是全世界一半人口的主要食粮，特别是居住在亚洲国家的人们。
最近农业科学家们为增加水稻产的努力已经停滞不前。过去，植物育种工作者都是对已经栽培的他们称之为“优良”的水稻品种进行研究。他们不想用这些品种与野生种进行杂交，因为他们必须依赖于他们所能看到的特征，而不是依赖于那些看不到的基因。此外，通过表型判断，低产的野生种看起来似乎没有更多的东西可提供，而且当他们与栽培种杂交时，结果同样无法预料。
但是麦克库奇说，她能从在田间生长很差的植株中寻找出某些增产的基因。她和在哥伦比亚、中国、印度尼西亚、朝鲜和菲律宾的同事们希望他们的研究能够创造出许多水稻新品种，每一个种都能在某种特殊气候下旺盛生长并适合当地的口味，她说 :“我们从地方品种入手，并以地方品种结束，它们的表型、活动或形态都不完全相同。"
现代遗传学始于19世纪中叶孟德尔在花园进行的豌豆实验。到本世纪80年代末和90年代初，管理人员指责植物学家在采用最新的基因操作技术方面落后于其他研究者。然而，植物学家现在已夺回了他们失去的领地。建立了从火炬松到甘蔗这样广泛的植物分子图谱。麦克库奇的研究生涯中，大部分时间用于建立水稻的遗传学图谱。
在水稻遗传学方面所运用的方法建立在斯蒂文R. 坦克斯利（Steven R. Tanksley）成功的基础之上，麦克库奇曾在这位康乃尔的科学家的实验室接受过培训。坦克斯利通过用一个小果实的野生种与一个栽培种杂交而种植出了硕大的西红柿。洛克菲勒基金会农业科学部副主任加里H. 托恩尼俄森（Gary H. Toeniessen）说 :“甚至在育种人员为了获得大果实而从未选择过的小西红柿种中，也有编码大果实的基因。”这个基金会曾赞助过坦克斯利和麦克库奇的研究。
植物学家认为，许多农业上有价值的基因之所以隐蔽于野生种中是因为作物在两种明显的选择类型下进化了。在野生状态下，大自然挑选那些生存好的植物。在农场和大学温室内，育种人员挑选的则是那些产量高的植物。
麦克库奇说，在经历了大约1万年的农业生产后，农民们所面对的就是仅含有小部分可提供的植物基因池的栽培种。增产基因隐藏于作物的某些近亲种中，因为这些野生种在野生环境中可能不需要那样多地或经常地激活这些基因。麦克库奇把改进水稻的尝试与研究这种植物的12个染色体图谱的努力结合起来。这些图谱是以用于染色体上作标志的标记为基础的。这些标记有助于科学家们寻找靶基因。
她的研究对于建立禾本科植物的许多其它种类，包括其它谷类作物的DNA图谱的国际间努力大有帮助。印第安纳州西拉菲特的Purdue大学生物学教授、DNA图谱计划负责人杰夫 · 贝内特赞（Jeff Bennetzen）认为，图谱将帮助农业科学家回答日益增多的复杂问题。他说：“我们正在谈论改变植物的生物学，以便我们能做全新的事情，或把旧的事情做得更好。为了做到这一点，我们需要人们提供每个人都能使用的工具。在这方面，苏珊扮演丁一个主要角色。”
在麦克库奇的研究中，她正在利用保存于马尼拉国际水稻研究中心的种子收藏品。她的研究仍处于早期阶段，但是她希望她和她的同事们最终能够取得始于本世纪60年代后期的绿色革命的成果。研究人员通过培育谷类作物，特别是小麦和水稻，使每一种作物都能生产更多的粮食，对疾病更具抵抗性，从而帮助许多国家避免饥荒。
农业研究的一项最新成果就是杂交水稻，它是通过两个水稻品种的杂交来产生高产量。但是杂交水稻有一个致命的缺点：就是它的种子对农民来说太复杂了，以致无法生产。他们在田间收获的种子不能产生同样的高产量。
结果，杂交水稻种子不得不靠公司或政府机构在每个种植季节里供给。麦克库奇想研究出能够产生自己种子的水稻品种，称为近交种。而且她想使这些近交种比杂交种更高产。她相信，这项研究能把生物技术的能力交到农民手里。
利用分子图谱和野生植物种子培育近交种的努力已经进行了两年。一些初步结果表明这些努力可能是有效的。
在一组实验中，麦克库奇进行了三个种的杂交，一个种被认为是所有栽培稻的亚洲祖先，一个是非洲的定期栽培种，一个是非洲栽培种的野生近亲。它们的后代正在中国湖南杂文水稻研究中心进行检测，在那里，水稻的产量比它们的任何一个亲本产量都高。麦克库奇相信，这种新方法能在未来15~20年内每年增产3~5%。
在最简单的实验中，当一种野生稻被用来给农民常用的一种水稻授粉时，这个过程就开始了。虽然水稻是自花授粉，但是科学家们可以通过去除雄蕊（植物的雄性部分），然后把来自另一个种的花粉加在雌蕊（雌性部分）上面进行杂交。
这种杂交水稻的后代再同一个栽培种进行杂交，然后科学家们研究第三代。他们之所以采用双步杂交法，是因为他们仅仅需要把少量“野生”基因混入栽培种的基因中，这样就不会产生一个完全不同于农民所喜爱的水稻种。
麦克库奇说 :“这在某种程度上来讲是一个盲目的过程，你不得不准备接受所出现的情况，而不是从你所需要的梦想开始。然而有时候，大自然会赋予我们一些令人发狂的、美妙的东西
在每一代杂交种中，科学家们去除那些有病的，不育的以及其它的明显不符合要求的植株。在检测第三代时，他们对水稻的长势如何只是稍加注意。他们研究籽粒的大小和形状，在每一个种子束（或圆锥花序）中子粒的数量以及一个植株的花序数目。
他们也检查水稻烧煮如何，味道怎么样。麦克库奇说：“你需要的不仅仅是一味地增产。”
在那些表现出长势良好的植株中，她能利用水稻遗传学图谱知识来找出增产基因来自哪个亲本。她能够确定基因在亲本及后代的染色体中的位置。把特定的遗传标记与植物的特征联系起来就能加速所期望的植物的选择，使其在三或四代内就能选择一个农业上应用的作物，而不是像传统育种那样用10代或12代。她说，此外，分子标记的应用能够弄清楚在受到多基因影响的复杂特性中，每个基因对它的贡献有多大。
麦克库奇在水稻遗传学方面的研究正在帮助科学家们了解其它谷类作物的遗传学o Purdue大学的贝内特赞说：“最简单的基因组就是最好的模型，而水稻有最简单的基因组。”寻找其它谷类作物基因的科学家们经常在水稻上开始他们的研究，然后利用在水稻染色体上的基因定位来推测该基因在他们所感兴趣的植物染色体上的位置。
麦克库奇正在寻找能够以数据的形式送给其他科学家的新一代分子标记，而不是以包入酵母菌或细菌中的实际DNA块。数据可以通过电子邮件寄出。她说：“没有检疫，没有关税，没有邮局的延误，真是棒极了。”
在印度尼西亚或哥伦比亚的科学家就能利用这些数据更新分子探针来调出在康乃尔的科学家已有的同样的水稻DNA片段。
洛克菲勒基金会的托恩尼俄森说 :“很明显苏珊全身心地投入到了她的研究工作中，致力于发展同第三世界的合作，并在加强自己研究计划的同时，加强第三世界的研究计划。这听起来很简单，但是你会对如此多的研究人员不想做这件事而感到惊奇的。”
[Special Feature Service，1995年12月]