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0.3cm 小纖維的大情懷

  朱玉賢,中國科學(xué)院院士,北京大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師,北京大學(xué)理學(xué)部學(xué)術(shù)委員會委員,蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。還擔(dān)任中國植物學(xué)會副理事長,《遺傳學(xué)報(bào)》副主編,《科學(xué)通報(bào)》特邀編輯,植物生理學(xué)與生物化學(xué)、農(nóng)業(yè)基因組學(xué)、作物遺傳改良、醫(yī)學(xué)分子生物學(xué)、棉花生物學(xué)等國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會委員、農(nóng)業(yè)部國家轉(zhuǎn)基因生物安全委員會委員,科技部863計(jì)劃“現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域”專家組副組長。1997年獲得國家自然科學(xué)基金委“國家杰出青年科學(xué)基金”資助,2001年被教育部聘為“長江學(xué)者”,2003年成為國家自然科學(xué)基金委“創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)”學(xué)術(shù)帶頭人。
  “我就是想為中國農(nóng)民做點(diǎn)事情,從小在農(nóng)村長大,我對農(nóng)民有著根深蒂固的感情?!敝煊褓t院士的赤子情懷讓人感動?!白鳇c(diǎn)事情”,就是讓中國的棉花纖維再伸長0.3厘米,就是這點(diǎn)事情,將改變中國棉紡織產(chǎn)業(yè)在世界市場的地位,在高端棉花需求上擺脫對美國的依賴。而對于中國的廣大棉農(nóng),這也將為他們帶來更多的經(jīng)濟(jì)收入。
  朱玉賢院士對科學(xué)真理孜孜以求的感人事跡,給記者留下深刻印象。之所以能取得令世人矚目的科研成就,在于他對創(chuàng)新境界的自覺追求。朱玉賢認(rèn)為,科學(xué)研究想獲取創(chuàng)新成果,不僅要培養(yǎng)在學(xué)識上的遠(yuǎn)見,更要求具備追求目標(biāo)時的堅(jiān)韌態(tài)度和行動,還要對研究方法的靈活選擇和變通。
  秉持這一自覺追求,十余年來,朱玉賢和他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)攻克了一個個難關(guān),通過功能基因組研究發(fā)現(xiàn)乙烯能夠促進(jìn)纖維細(xì)胞伸長,這前所未有的研究結(jié)論為提高我國棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)奠定了理論基礎(chǔ),也使我國的棉花研究達(dá)到世界領(lǐng)先水平。

提高棉花纖維0.3厘米為中國棉升級奠定基礎(chǔ)

  接受本刊記者采訪時,朱玉賢說:“我大學(xué)專業(yè)選的就是農(nóng)業(yè),一直有一個堅(jiān)定的信念,我可以為中國農(nóng)民做一點(diǎn)事情。所以當(dāng)1998年科技部生物工程中心負(fù)責(zé)人找到我,讓我申請棉花這個項(xiàng)目時,我一下子就答應(yīng)了?!?BR>  “我國是世界第一產(chǎn)棉大國,年產(chǎn)量四五百萬噸,但是每年仍需從美洲進(jìn)口約100萬噸的原棉,主要原因是我國棉花的品質(zhì)偏差?!敝煊褓t說。我國生產(chǎn)的棉花纖維平均長度不足3厘米,而美國產(chǎn)的棉花平均長度為3.3厘米。紡織品中必須有1/3以上的棉花纖維長度大于3厘米,低于3厘米棉纖維之間的接頭太多,生產(chǎn)出來的棉布會很毛糙。生產(chǎn)實(shí)踐中,90支紗以上的高端紡織品都必須摻入3厘米以上的原棉,越高支紗的棉布、摻入的長絨棉就相對越多。
  就是這0.3厘米的微小差距,使我國的棉紡廠每年都要進(jìn)口來自北美的長絨棉(絨長在3.3厘米左右),以提高紡織品質(zhì)量。因此,我國每年都會有國產(chǎn)原棉積壓,使棉農(nóng)和紡織業(yè)喘不過氣來,承受了很大壓力。
  “當(dāng)初獲得這個項(xiàng)目時,我第一感覺就是心中的愿望終于可以實(shí)現(xiàn)了,可以用自己的專業(yè)知識為農(nóng)民做點(diǎn)事?!敝煊褓t說。
  朱玉賢和他的團(tuán)隊(duì)制作了棉花芯片,將野生型陸地棉和它的無纖維突變體進(jìn)行比較,最初是想通過這種比較,找到兩者在基因表達(dá)上的差異。實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn),比較芯片中12000多個棉花基因,居然有5000~6000個基因表達(dá)有明顯的差異。
  怎樣才能找到控制棉纖維伸長的關(guān)鍵基因呢?研究一度陷入了困境。
  “這個問題困擾了我很長一段時間,有一天我在辦公室苦思不得其解,突然一個念頭在腦中閃過,既然從芯片中很難找到控制纖維伸長的關(guān)鍵基因,為什么不能在纖維高表達(dá)的生化途徑上試試呢?”
  經(jīng)過慎重考慮,朱玉賢放棄了以往研究單個基因表達(dá)的慣性思維,轉(zhuǎn)向高表達(dá)生化途徑的研究。2005年,朱玉賢和他的團(tuán)隊(duì)通過生物信息軟件來系統(tǒng)性地檢測纖維發(fā)育期間生理生化代謝途徑的表達(dá)變化,最終發(fā)現(xiàn)乙烯是該期間變化最顯著的生化途徑。
  “乙烯是一種植物激素,棉花本身就含有這種激素,通過基因工程提高乙烯的釋放量,能夠促進(jìn)棉纖維的細(xì)胞生長。”這個研究結(jié)論讓朱玉賢和他的團(tuán)隊(duì)喜出望外,加快了研究進(jìn)程。之后,他們相繼取得超長鏈脂肪酸調(diào)控乙烯合成,乙烯通過調(diào)節(jié)果膠多糖生物合成來控制纖維伸長等重大發(fā)現(xiàn)。
  通過功能基因組研究發(fā)現(xiàn)乙烯能夠促進(jìn)纖維細(xì)胞伸長,這個前所未有的研究結(jié)論為提高我國棉花的產(chǎn)量和品質(zhì)奠定了理論基礎(chǔ),也使我國的棉花研究達(dá)到世界領(lǐng)先水平。
  2010年,中國農(nóng)科院棉花研究所進(jìn)行栽培試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了朱玉賢的研究結(jié)論,在纖維顯著伸長的10個株系中,有8個都來自他的實(shí)驗(yàn)室,其中效果最好的品種纖維平均長度為31.49~32.05毫米,比轉(zhuǎn)基因母本品種的原始纖維長度提高了超過3毫米。

朱玉賢檢查棉花生長情況


  對這個實(shí)驗(yàn)結(jié)果,朱玉賢仍然感到一絲遺憾,他計(jì)劃把實(shí)驗(yàn)得到的轉(zhuǎn)基因品種與生產(chǎn)上大面積推廣的長纖維品種進(jìn)行雜交,期望能夠進(jìn)一步提高棉纖維的長度,以期為整個棉花產(chǎn)業(yè)做出實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)。
  朱玉賢對記者說,陸地棉的伸長問題已經(jīng)解決,實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)已進(jìn)入第二階段研究,下一個目標(biāo)爭取讓長纖維的海島棉長出像陸地棉那樣多的纖維。這將是一個更大的難題,因?yàn)楹u棉的纖維雖然較長,品質(zhì)也很好,但單株海島棉上的纖維數(shù)量太少,因此生產(chǎn)上無法大面積推廣。如果我們能大幅度增加海島棉的纖維產(chǎn)量,不僅可以提高棉農(nóng)收入,還將使我國的棉紡織產(chǎn)業(yè)進(jìn)入一個可持續(xù)發(fā)展階段,完成產(chǎn)業(yè)的升級換代,增強(qiáng)其在國際市場高端棉紡織品行業(yè)的競爭力。

負(fù)笈美國學(xué)成歸國感恩母親報(bào)效國家

  “我做事的方式很大程度上受我母親的影響”,說到自己所取得的成績,朱玉賢由衷地感謝母親在他成長過程中為他付出的艱辛。
  小時候上學(xué)時,早晨6點(diǎn)半鐘朱玉賢從家里出來,走路到學(xué)校。母親每天都很早起來給他做飯。母親下地勞作一天,回家后還要做很多家務(wù)。那個時候,母親每天可能只睡兩三個小時,四五點(diǎn)鐘就起來給他做飯。
  那時家里沒有鬧鐘,而母親每天都要準(zhǔn)時起來,估計(jì)很難安安穩(wěn)穩(wěn)地睡覺。母親的這種堅(jiān)韌與付出,讓朱玉賢從小就堅(jiān)定了一個信念:一定要好好讀書,將來報(bào)答母親。
  從小學(xué)到初中,喜歡學(xué)習(xí)的朱玉賢成績一直很好,很受老師喜歡?!拔母铩遍_始后,學(xué)校停課了,朱玉賢只好回家跟著父母做農(nóng)活。離校前,他找到當(dāng)時的語文老師,請他幫忙找一套“文革”前的高中數(shù)、理、化、語文教材。老師給他找了整整一網(wǎng)兜的書。朱玉賢背著這些書和簡單的行李,從富陽鎮(zhèn)上的學(xué)校步行逾12公里,回到家鄉(xiāng)。之后兩年,他利用工余和晚上的時間,把這些書通讀了一遍,做了大量的筆記。這是朱玉賢積累的第一筆人生“財(cái)富”!
  1975年1月,朱玉賢應(yīng)征入伍,在舟山度過了3年多寶貴的部隊(duì)生活。軍人生涯錘煉了朱玉賢的百折不回的性格。1977年,國家恢復(fù)了高考。1978年退伍的朱玉賢,經(jīng)過短暫復(fù)習(xí)之后,參加高考考進(jìn)了浙江農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)系種子專業(yè)。
  1986年1月朱玉賢到美國康奈爾大學(xué)攻讀博士學(xué)位,專修植物學(xué),主要從事植物激素與豌豆的衰老研究。留學(xué)所讀專業(yè)也是與農(nóng)業(yè)緊密關(guān)連,朝著為農(nóng)民“做點(diǎn)事情”的目標(biāo),他又邁出了堅(jiān)定一步。
  留美期間發(fā)生的一件事情深深刺激了朱玉賢。讀博士時,朱玉賢的導(dǎo)師拿了一本美國的《The Economist》(《經(jīng)濟(jì)學(xué)人》)雜志,封面是一個巨大的漩渦,漩渦邊上有一艘小船,上面寫著China Economy!以此暗示中國早晚被這巨大的漩渦吸進(jìn)去,中國經(jīng)濟(jì)早晚得完蛋!當(dāng)時國際上就是這么看中國的。朱玉賢對記者說,即使現(xiàn)在,歐美一些國家的人還是對中國的改革開放有偏見。看不到中國這30多年為世界經(jīng)濟(jì)和科學(xué)發(fā)展作出的貢獻(xiàn),他們愿意用一種有色眼鏡看中國今天所取得的成就。
  當(dāng)1991年完成學(xué)業(yè)和研究之后,朱玉賢毅然選擇回國創(chuàng)業(yè)。當(dāng)時很多同學(xué)都勸他留在美國,朱玉賢告訴他們:“我的根在中國?!辟u掉了在美國買的二手福特車,朱玉賢與夫人一起返回中國。

編寫教材刻苦鉆研自覺追求創(chuàng)新境界

  回國后,看到國內(nèi)沒有系統(tǒng)的分子生物學(xué)教材,朱玉賢就聯(lián)系了李毅博士等人,編寫了70萬字的《現(xiàn)代分子生物學(xué)》教材。這本書15年間印刷量超過30萬冊,已成為國內(nèi)高校分子生物學(xué)的最主要教材,今年推出第4版。
  朱玉賢一心獻(xiàn)身科學(xué),但科研道路上也會遇到坎兒。1993至1994年間,他沒有拿到任何一個國家科學(xué)研究項(xiàng)目,連國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目的申請都失敗了。那段時間很困惑,朱玉賢懷疑自己選擇的科研道路是不是還能走下去。但如果遇到困難就撤退,就換方向,不一定能走得很遠(yuǎn)。最終他咬咬牙決定堅(jiān)持走下來。
  但從另一角度看,做科學(xué)研究,永遠(yuǎn)堅(jiān)持一個方向不變,也不一定能出成果。朱玉賢在康奈爾大學(xué)讀博士時,導(dǎo)師就對他說,做研究需要在黑暗中不斷摸索、校正,再摸索再校正,也就是人們常說的失敗、斗爭,再失敗再斗爭。什么時候要換方向,什么時候要堅(jiān)持下去,這恐怕是決定一個人能否成為一個好學(xué)者的重要品質(zhì)。所以科學(xué)家要有第六感覺,要能把握科研方向,大致判斷此路是否能走通。而第六感的形成,朱玉賢認(rèn)為需要學(xué)術(shù)背景、對問題系統(tǒng)性的認(rèn)識、對世界前沿科學(xué)的把握以及對所擬研究的問題的獨(dú)到見解。
  “做學(xué)問,最終是一種綜合素質(zhì)的匹配”,朱玉賢說??茖W(xué)研究想獲取創(chuàng)新成果,不僅要培養(yǎng)在學(xué)識上的遠(yuǎn)見,更要求具備追求目標(biāo)時的堅(jiān)韌態(tài)度和行動,還要對研究方法的靈活選擇和變通。
  正是“各種素質(zhì)的合理匹配”,促成了朱玉賢在棉纖維發(fā)育和擬南芥細(xì)胞分化機(jī)制領(lǐng)域取得重大突破。
  朱玉賢和他的團(tuán)隊(duì)首次展開棉纖維中差異表達(dá)基因的大規(guī)??寺》蛛x工作,建成具有國際領(lǐng)先水平的大型高通量陸地棉cDNA芯片,發(fā)現(xiàn)植物激素乙烯在棉花纖維細(xì)胞伸長過程中的主導(dǎo)作用。發(fā)現(xiàn)超長鏈脂肪酸(VLCFA)在轉(zhuǎn)錄水平上調(diào)控乙烯生物合成,發(fā)現(xiàn)同時受乙烯和超長鏈脂肪酸調(diào)控的果膠多糖生物合成是棉纖維細(xì)胞初生壁合成和細(xì)胞伸長的限速步驟。由于在乙烯信號通路上下游長期而系統(tǒng)性的研究,世界植物科學(xué)著名的綜述期刊《當(dāng)代植物學(xué)觀點(diǎn)》邀請他撰寫論文,闡述他們對棉纖維這個特殊細(xì)胞的認(rèn)知。該研究于2011年獲國家自然科學(xué)二等獎。

朱玉賢在北京大學(xué)生命科學(xué)院作學(xué)術(shù)報(bào)告


  朱玉賢和他的團(tuán)隊(duì)研究還發(fā)現(xiàn)了擬南芥乳腺癌抑制因子同源基因BARD1是干細(xì)胞決定因子WUS和WOX5的抑制因子,BARD1缺失突變體中WUS的表達(dá)從頂端的組織中心擴(kuò)展到所有外表層細(xì)胞,使頂端分生組織分化受阻。在擬南芥根尖,BARD1抑制了WOX5基因表達(dá),從而控制植物向地性生長和根尖分生組織細(xì)胞分化。

帶團(tuán)隊(duì)如同選種子為國選材悉心培養(yǎng)

  作為學(xué)術(shù)帶頭人,朱玉賢認(rèn)為,研究生的培養(yǎng),不僅是知識傳遞的過程,更重要的是要為自己的學(xué)科培養(yǎng)可以為國家做研究的棟梁之材。
  朱玉賢帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì),采用了選種子的經(jīng)驗(yàn),優(yōu)選“種子”,并采取恰當(dāng)?shù)摹芭囵B(yǎng)”方法。帶領(lǐng)研究生,朱玉賢第一年可能不會主動跟他們接觸,先觀察他們,看他們會不會主動找自己談問題,因?yàn)樘釂栴}的時候,可以知道他們對這個專業(yè)了解的深度和廣度。
  有個學(xué)生叫施永輝,他2000年5月到朱玉賢實(shí)驗(yàn)室,先跟師哥師姐一起干些“雜活”,做本科畢業(yè)論文。
  2001年夏天,施永輝找到即將畢業(yè)的師兄姬生健,希望能繼續(xù)做他留下的課題。剛接觸這個課題的前一兩個月,施永輝就多次主動向朱玉賢匯報(bào)工作進(jìn)展。這使朱玉賢感到很吃驚,新生一般都很怕見他,害怕被問實(shí)驗(yàn)進(jìn)展如何,害怕挨呲兒。連續(xù)幾次聽了施永輝的匯報(bào)后,朱玉賢感覺他是可造之材,于是每次都給他布置很多新工作。施永輝花了一個學(xué)期的時間,學(xué)會了包括測定文庫滴度、體外剪切、cDNA文庫序列測定、多序列比對以及生物信息學(xué)分析等工作。這期間,施永輝不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn),主動反饋實(shí)驗(yàn)結(jié)果,促使朱玉賢最終決定立即開展大規(guī)模棉花cDNA芯片研究,并決定由施永輝負(fù)責(zé)該項(xiàng)研究。
  說到姬生健,朱玉賢同樣充滿了自豪感。他說,這也是一個很有想法的學(xué)生。那時,實(shí)驗(yàn)室主要用“差異顯示”技術(shù)篩選與棉纖維伸長相關(guān)基因。當(dāng)年,全世界通行的模式是對“差異顯示”實(shí)驗(yàn)中獲得的單個基因片段進(jìn)行深入分析,證明該基因與人們所研究的性狀有關(guān)聯(lián)。有一天,姬生健突然跑來找朱玉賢,說應(yīng)該把“差異顯示”實(shí)驗(yàn)中得到的所有基因片段建成“差異基因文庫”,進(jìn)行高通量DNA序列測定,這樣,理論上就能一次性獲得所有與棉纖維伸長相關(guān)的差異表達(dá)基因。這當(dāng)然是個好想法,朱玉賢馬上同意了。姬生健發(fā)表在《核酸研究》上關(guān)于棉纖維“差異基因文庫”構(gòu)建與分析的論文,施永輝發(fā)表在《植物細(xì)胞》上用基因芯片技術(shù)研究調(diào)控棉纖維發(fā)育代謝途徑的論文均已成為近十年來全世界棉花研究領(lǐng)域影響最廣泛的十篇科研論文之一,成為享譽(yù)世界的重要科研成果。所以說,一個好學(xué)生必須是一個會思考的人。
  朱玉賢不贊同“不能讓孩子輸在起跑線上”這一套說法。人生不是百米賽跑,人生是馬拉松,而且是N多個馬拉松,與“起跑”基本沒什么相關(guān)性!條件不是決定成敗的唯一因素!老師對學(xué)生起“一桿秤”的作用,用自己的學(xué)識,去“稱量”所選“種子”的重量和質(zhì)量,給學(xué)生指明最合適的發(fā)展方向和方法。
  “科學(xué)工作者要取得突破,面對失敗的態(tài)度很關(guān)鍵。因?yàn)樵谔剿魑粗澜绲倪^程中,失敗必然要多于成功,如果不能理性對待失敗,就不能保持長期工作熱情,更不要提最后的成功。”朱玉賢說,“作為農(nóng)民的兒子,我對農(nóng)村孩子較為了解。在我研究室,不少人是來自農(nóng)村,他們做事情比較有韌性。當(dāng)他們遇到困難,我會盡可能地提供幫助?!?BR>  春風(fēng)化雨,桃李芬芳。朱玉賢帶領(lǐng)的學(xué)生紛紛成材。其中,一名博士已成功應(yīng)聘回北大工作;一名博士在中科院植物所擔(dān)任研究員,還被列入中科院“百人計(jì)劃”;還有的博士到了國外,成為沃頓商學(xué)院的高材生……
  每當(dāng)聽到學(xué)生們進(jìn)步的消息,朱玉賢甚至比他們還高興。朱玉賢和他的學(xué)生們將繼續(xù)在科研創(chuàng)新道路上開拓進(jìn)取,嘗試通過自己的努力,用科研成果為人類帶來更為光明的前景。

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