作者:李晨 来源:中国科学报微信公众号 发布时间:2023/12/8 19:50:36
选择字号:
33岁转专业,37岁换作物,他用20年科研长跑找一个答案

 

33岁转专业,37岁换作物;

分子生物学跟老婆学的,遗传学跟学生学的;

不爱出差开会,一天不读文献不舒服;

清晨6点45就赶到实验室,中午从来不休息,每天工作11个小时……

今年50岁的中国农业科学院作物科学研究所(以下简称作科所)研究员李文学,头发几乎全白,但眼神里始终透露出少年的朝气。

20年前,他为了探究一个问题开始了科研长跑。12月8日,《科学》发表了李文学团队联合河南农业大学完成的最新成果,他们鉴定到调控铁进入玉米籽粒的关键基因,首次解析了其分子机制,有望培育出籽粒富铁的玉米新品系。

前两天,自认有点“社恐”的李文学不得不忙着“社交”,甚至打破了每日必读三四篇文献的习惯。

图片

李文学(左二)和团队成员查看育苗情况。王一鸣摄

33岁转专业,“偶遇”生物学关键问题

“不读文献就会觉得心里空落落的,因为能读到的文献其实已经是别人几年前做的工作。很担心自己被落下。”李文学的习惯起始于20多年前还在中国农业大学教授、中国工程院院士张福锁实验室读博期间。

那时候他是植物营养专业的学生,可心里老是想着怎么能够转到生物学专业。“从本科起就特别向往学生物学,那时候说‘21世纪是生物学的世纪’。可是高考分不够,分到了土壤与农化专业。”不过,他也老老实实地打土钻、取土样,一丝不苟地跟着课题组研究土壤里的元素如何与根系互作,导师交代的工作竭尽全力做到最好。

“张老师那时候已经关注到了微量元素的生理机制问题。”2000年,李文学为了从事相关研究,开始自学分子生物学,学微生物的妻子成了他的老师。他默默地啃书本、读文献,恶补生物学。

2003年,李文学回到中国农业大学工作,开始研究玉米、花生间作体系中缺铁胁迫的应答机制。在实际研究中,他开始思考一个问题:微量元素究竟如何进入作物籽粒?

微量元素对生命体而言不可或缺。微量元素如何在植物体内传递,并进入和储存在籽粒之中,一直是悬而未决的难题。“我当时就感觉这是一个非常重要的生物营养学问题。”可李文学并没有想过自己在20年后能找到这个问题的答案。

在张福锁的支持下,2006年,李文学到著名生物学家朱健康当时在美国的实验室公派访学,正式转到了分子生物学研究的道路上。那一年,他已经33岁。

“朱老师那时候说我太拼了。”李文学每天“朝七晚九”,中午吃饭只给自己30分钟时间,周末也不休息。实验室里所有老师和学生都是他学习求教的对象。“我只是想,能在朱老师这里系统学习分子生物学,搞生物学的研究,对我来说太幸福了,我要抓紧一点一滴的时间。”

经过一段时间的积累,李文学开始在花生、玉米间套作中微量元素的根际互作领域发表论文,这在当时已属于前沿课题。

与此同时,李文学开始利用模式植物拟南芥研究植物体内微量元素的运输和分布问题。这为后来他在玉米籽粒中寻找微量元素奠定了基础。

从拟南芥到玉米,不容易!

“我这个人其实只适合搞科研。”不论是微信、电话,还是面对面,李文学常常用这句话作为开场白。他笑称自己是“社恐”——和陌生人打交道的时候喜欢往后退,还没等对方拒绝自己就想打退堂鼓了。

可是一提起课题的事,他就两眼放光,讲得头头是道、津津有味。他觉得自己的性格很适合搞科研,能静下心,也能深究,不会轻言放弃。

2010年10月,他来到作科所,和比他早两个月到岗的课题组组长徐云碧研究员联手建立实验室时,心中有一个目标:研究平台绝不能比美国差。他们深知,建好实验室对今后科研工作出成果的重要性。

仪器、材料,采购、布置,李文学都是亲力亲为,终于慢慢搭建好了实验平台,也正式开始了玉米研究。刚开始还没有学生,所有实验只能自己做,甚至有了学生以后他还继续亲自动手做实验、写文章。

“李老师挺不容易,他刚来的时候做拟南芥,要转到玉米上挺难的。”徐云碧老师说。

难就难在拟南芥是一个基因组非常简单、研究方法非常成熟易操作的模式植物,而玉米的基因组复杂很多,要应用到更多遗传学手段。

“什么是基因型?我曾经在一次学术会议上被问住。玉米杂交实验要计算性状分离的比例,我那时候总是算不清楚。”李文学不耻下问,把学生当成了自己的老师。遗传学经典著作都认真学完,有问题就请教自己的学生。“很快就搞明白了。”

从拟南芥转到玉米,这一年,他已经37岁。

彼时,玉米基因组被破解不久,相应的基因组学技术还处在成本高昂的时期,要克隆出一个基因得花几年时间。微量元素如何进入玉米籽粒的机理研究,进展缓慢。

尽管如此,李文学团队仍然在耐心收集玉米种质材料。最终,他们从各地收集了几百份玉米种质材料,并筛选出273份,构建了这个试验用玉米群体。

突破性进展:两个人的实验室

“来了李老师课题组以后,我们所有学生吃饭速度都变快了,就连女生中午去食堂吃饭来回只需要20分钟。”论文第一作者、作科所博士后闫鹏帅2017年以河南农业大学联合培养博士生的身份进入李文学课题组,并接手了微量元素进入玉米籽粒的课题。

那个时候,相关的基因组学技术已经发展较为完善,费用也“平易近人”了。李文学感到这个课题可以快速推进了。

闫鹏帅在李文学的指导下,分析了玉米群体里273份玉米籽粒的微量元素含量,结果发现铁元素的分布呈现一个标准的正态分布。“这意味着用这个群体很有可能找到一个调控铁元素进入玉米籽粒的基因。”李文学知道,当时还有几个团队在研究微量元素进入作物籽粒的机理,但他们构建的玉米群体筛选出来的是铜、钼等微量元素,没有铁。

铁缺乏是一种“隐性饥饿”。全球大约有1/3人口受到缺铁引起的贫血症困扰。

根据第四次全国营养调查的数据,中国居民贫血患病率为20.1%,其中一半为缺铁性贫血。

虽然服用补铁剂等手段可以改善人的铁营养状况,但是成本较高,甚至存在副作用。

“如果能将日常食用作物的铁含量提高,有助于低成本地改善大范围人群的铁营养状况。”李文学觉得这对于发展中国家意义尤其重大。

突破性进展出现在闫鹏帅因为新冠肺炎疫情而一个人留在实验室工作的那段日子里。

2020年大年三十,闫鹏帅从海南基地取了玉米材料回到北京,打算住一晚第二天回河南老家过年,过完寒假再做实验。

大年初一,因为新冠肺炎疫情,他留在了北京,此后三年他没有回过老家,刚谈上的师妹也变成了“网恋”女友。其他学生都提前回老家了,实验室里空无一人,只有李文学还是每天按部就班地到岗。

那段日子,师徒两人彻底静下心来,他们每天做实验,每天一起讨论……闫鹏帅遇到难题的时候,李文学就从文献里找灵感,向他推荐别人的思路和做法。然后他再一步一步去尝试这些方法。

闫鹏帅早就习惯了李文学这样“一对一”贴心辅导的犹如父亲般的指导方式。渐渐地,实验中的症结显露出来,解决问题的办法越来越清晰。

“我们往前走了一小步,所以找到了答案。”李文学让闫鹏帅从正态分布曲线上选取铁含量最高和最低的三个玉米籽粒材料,一个一个地进行RNA测序,而不是把它们混合在一起测序。

“那天我拿到报告,初步锁定了一个参与调控玉米籽粒铁含量的候选基因。”闫鹏帅非常兴奋。

李文学也感到前所未有的振奋。他后来回忆说,这种感觉即便在得知论文被接收的时候也没再出现。

他们进一步解析了候选基因ZmNAC78如何帮助铁元素进入玉米籽粒的分子路径。为了探索该基因在育种上的应用,他们在不同pH值的土壤里分别进行对照实验,结果发现具有优良候选基因的玉米籽粒铁含量比对照组平均高出25.82% ~ 33.91%,并且所选育的玉米材料也显著高于国内杂交玉米品种每公斤18.5 毫克的籽粒平均铁含量。

富铁玉米:解决“隐性饥饿”的新选择

2022年,李文学开始坐在电脑前写这篇论文。

“我当时真的非常心静。”他很清楚自己要写一篇什么样的文章,投稿目标期刊是一本高影响因子的子刊。

3个月后,他写好了第一稿。华南农业大学教授储成才读完初稿后,建议他要多从期刊编辑的角度看问题。一个月后,李文学拿出了更满意的版本。

于是他把论文投给了《科学》杂志。第6天晚上,李文学收到了编辑的回信,要求他们提供论文的word版本。“有戏!”10点,李文学给编辑回了邮件。第二天他们就收到了论文送审的答复。

经过几个月的修改和忐忑不安,他们终于得到了论文被接受的消息。论文评审专家认为,铁进入作物籽粒的路径几乎是完全未知的,他们的结果首次解析了该过程。

储成才得知这一消息后说,作为一个长期从事植物养分及资源高效利用研究的科学家,感到非常高兴。这一成果不仅为培育高产与营养协同作物新品种提供了基因资源,也为解决缺铁性贫血这一“隐性饥饿”的世界难题提供了新的解决方案,意义重大。

长期关注分子育种的徐云碧研究员认为,这项成果已经应用了分子育种技术,是他所了解的基础研究里跟应用结合得非常密切的一个项目。

李文学第一时间给张福锁发了一条微信:“我今天终于敢向您汇报我的工作了。”

张福锁很快回了微信。“老师说:感谢你一直以来的坚持不懈;感谢你解决了铁元素如何进入玉米籽粒这一悬而未决的植物营养学难题,祝贺你。”李文学说,他们已经利用传统育种手段培育出了富铁玉米新材料,有望为解决铁等微量元素缺乏的“隐性饥饿”问题提供新的选择。

李文学和他的团队又恢复了往常的工作节奏。“这些才是我熟悉的东西。”他说。

图片
团队成员在海南玉米基地工作。受访者供图

相关论文信息:

https://doi.org/10.1126/science.adf3256

 
特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,须保留本网站注明的“来源”,并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,请与我们接洽。
 
 打印  发E-mail给: 
    
 
相关新闻 相关论文

图片新闻
40亿年前生命如何产生?室温水中找答案 国之重器“神农设施”启动建设
另辟蹊径开发“水稻癌症”新型杀菌剂 高稳定太赫兹半导体双光梳研究获新突破
>>更多
 
一周新闻排行
 
编辑部推荐博文