“謝老師一直就是一個(gè)很nice的導(dǎo)師。”在北京奧運(yùn)村一間從實(shí)驗(yàn)室里辟出的導(dǎo)師辦公室內(nèi)，博士后史佳陽(yáng)對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)。
“說(shuō)（我）好沒(méi)用，做錯(cuò)事兒我照罵。”“毒舌”導(dǎo)師謝旗道。
2月13日，中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員謝旗和博士后史佳陽(yáng)耗時(shí)6年，對(duì)戰(zhàn)寄生植物“吸血鬼”的研究發(fā)表在國(guó)際頂尖科學(xué)期刊《細(xì)胞》。在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》時(shí)，師徒二人時(shí)不時(shí)“斗嘴”，上演一段“雙簧”。
這對(duì)師徒從體型到當(dāng)天的衣著，都十分迥異：“瘦導(dǎo)師”著紅色運(yùn)動(dòng)服、藍(lán)色運(yùn)動(dòng)褲、白底兒黑面兒千層底兒拖鞋，一派休閑；“胖學(xué)生”身著灰襯衫、黑西褲，腕上戴著電子表、綠珠串，顯得時(shí)髦。從外表上看，兩人唯一的共通點(diǎn)，是都戴著高學(xué)歷人士“標(biāo)配”的眼鏡。不過(guò)，師徒相處7年，也形成了自然而不失愜意的交流氛圍。
對(duì)62歲的導(dǎo)師謝旗來(lái)說(shuō)，新論文讓他實(shí)現(xiàn)了研究生涯中CNS三大頂刊的“大滿貫”；對(duì)33歲的學(xué)生史佳陽(yáng)來(lái)說(shuō)，這是他即將走向獨(dú)立科研生涯的一塊沉甸甸的“問(wèn)路石”。
謝旗和史佳陽(yáng)在接受采訪。馮麗妃攝組團(tuán)對(duì)戰(zhàn)“吸血鬼”
2018年，當(dāng)時(shí)在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)讀碩士的史佳陽(yáng)聽(tīng)說(shuō)，謝旗在植物與環(huán)境互作領(lǐng)域很厲害，就發(fā)出一封郵件投石問(wèn)路。收到回函后，他十分激動(dòng)，經(jīng)過(guò)筆試加面試兩輪比拼，最終成為當(dāng)年七八名競(jìng)爭(zhēng)者中唯一加入“謝門”的人。
次年，史佳陽(yáng)就迎來(lái)了“雙喜臨門”：頭一喜，課題組從麻雀“挑食”高粱籽粒出發(fā)，開(kāi)展的作物抗鳥(niǎo)育種研究發(fā)表了，他是共同第一作者；第二喜，他結(jié)婚有了媳婦兒，可以更加安心地搞研究了。
這年秋天，他收到謝旗分派的一項(xiàng)重要研究任務(wù)——對(duì)戰(zhàn)寄生植物獨(dú)腳金。
獨(dú)腳金，是中醫(yī)眼里的“寶”，能清熱、消積；也是農(nóng)業(yè)科學(xué)家眼里的“魔”，其在拉丁文中意指“類似于吸血鬼的老巫婆”，會(huì)吸走寄主作物的營(yíng)養(yǎng)，使其干枯死亡。
這種“吸血鬼”植物的危害究竟有多大呢？《科學(xué)》雜志將其列為世界七大農(nóng)作物危害之一。其與菟絲子、肉蓯蓉和鎖陽(yáng)等寄生植物一起，每年在全球造成糧食減產(chǎn)，帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)120億美元。
非洲被獨(dú)腳金寄生的高粱。受訪者供圖
據(jù)介紹，獨(dú)腳金在我國(guó)廣東、廣西、貴州、云南和海南地區(qū)均有分布，目前農(nóng)業(yè)危害較小，但對(duì)非洲、亞洲和部分熱帶地區(qū)“一帶一路”沿線國(guó)家糧食生產(chǎn)的影響十分顯著。“獨(dú)腳金在越貧瘠、越缺磷的土地，長(zhǎng)得越快。而磷肥來(lái)自磷礦，是不可再生的肥料，隨著全球磷資源面臨枯竭，它將會(huì)是未來(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)大問(wèn)題。”論文通訊作者謝旗對(duì)《中國(guó)科學(xué)報(bào)》說(shuō)。
同時(shí)，由于獨(dú)腳金的寄生過(guò)程極為隱蔽且難以防治，其種子在土壤中可以休眠超過(guò)20年。傳統(tǒng)的防治方法如化學(xué)藥劑、輪作、土壤改良等效果有限，且成本高昂。而種子一旦萌發(fā)并侵入寄主植物，除草劑也無(wú)計(jì)可施。
如何對(duì)付這種難纏的“吸血鬼”呢？研究團(tuán)隊(duì)希望培育出一種能抗獨(dú)腳金寄生的作物品種。
這是一道超級(jí)難題。因?yàn)楠?dú)腳金與寄主植物間已進(jìn)化出天然的互作關(guān)系：一旦它們感受到寄主植物釋放的激素——獨(dú)腳金內(nèi)酯，便會(huì)迅速萌發(fā)，侵入寄主根部，建立寄生關(guān)系。
為了解開(kāi)這道題，謝旗團(tuán)隊(duì)與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)、先正達(dá)集團(tuán)中國(guó)以及崖州灣國(guó)家實(shí)驗(yàn)室等多家單位的科學(xué)家組成聯(lián)合團(tuán)隊(duì)。一開(kāi)始，他們的想法是敲掉合成獨(dú)腳金內(nèi)酯的基因。然而，這條路他們走了近兩年，才發(fā)現(xiàn)是個(gè)死胡同。因?yàn)楠?dú)腳金內(nèi)酯有調(diào)控植物分枝生長(zhǎng)等重要功能，敲掉相關(guān)基因后，植物發(fā)育就會(huì)出問(wèn)題。
他們不得不停下來(lái)，思考新的出路：既能讓植物分泌獨(dú)腳金內(nèi)酯，又不能讓這種激素分泌到土壤里，從而防止其激活獨(dú)腳金。
反復(fù)思索后，他們?cè)噲D另辟蹊徑，通過(guò)低磷誘導(dǎo)高粱外排獨(dú)腳金內(nèi)酯，在獨(dú)腳金內(nèi)酯滲入土壤時(shí)，捕捉其中起關(guān)鍵作用的外排基因，然后將其敲除，關(guān)閉獨(dú)腳金內(nèi)酯外排的“閘門”。這條路走通了——他們找到了兩個(gè)起關(guān)鍵作用的外排基因，并將其命名為SbSLT1和SbSLT2。
“把這兩個(gè)基因敲除后，獨(dú)腳金內(nèi)酯向土壤滲透的渠道也就被堵上了，獨(dú)腳金的種子失去這種激素就不能萌發(fā)了，從而提高了高粱對(duì)獨(dú)腳金的抗性。”謝旗解釋說(shuō)。研究團(tuán)隊(duì)用酵母菌、蛙卵、擬南芥和水培高粱做了驗(yàn)證，都證明了這一方法的可靠性。
然而，對(duì)于農(nóng)業(yè)科學(xué)研究來(lái)說(shuō)，實(shí)驗(yàn)室的工作只是第一步，方法行不行，到田里才能見(jiàn)真章。
Cell論文作者。從左到右分別為葛逢勇、史佳陽(yáng)、謝旗、于菲菲、梅錯(cuò)。受訪者供圖眾里尋“它”千百度
過(guò)田間試驗(yàn)這道關(guān)，尋找獨(dú)腳金的種子是最大的挑戰(zhàn)。
獨(dú)腳金在我國(guó)本就數(shù)量稀少，能真正用于科研和種子繁育的更是鳳毛麟角，而從國(guó)外引進(jìn)此類可能構(gòu)成生物入侵風(fēng)險(xiǎn)的物種，在法律上存在嚴(yán)格限制。考慮到獨(dú)腳金是一味中藥，史佳陽(yáng)嘗試到藥店購(gòu)買，等他費(fèi)盡周折從細(xì)小的包殼中剝離出比米粒還小的種子，卻發(fā)現(xiàn)這些種子在實(shí)驗(yàn)室條件下沒(méi)有活性。面對(duì)種子稀缺的困境，研究團(tuán)隊(duì)從上至下，發(fā)動(dòng)了所有能動(dòng)用的人脈資源，然而，最終找到的能成功萌發(fā)的種子數(shù)量依然寥寥無(wú)幾。
連種子都沒(méi)有，田間試驗(yàn)從何談起？
這讓史佳陽(yáng)深感焦慮，在跟媳婦兒聊起這件事時(shí)，他有些情緒低落地道：“找不到種子，論文完不成，怎么畢業(yè)呀！”那時(shí)還在中國(guó)科學(xué)院植物研究所讀博的媳婦兒安慰他：“肯定能找到的，車到山前必有路，你運(yùn)氣一直不錯(cuò)！”
不久后，轉(zhuǎn)機(jī)果然來(lái)了。一天晚上，史佳陽(yáng)和師弟梅錯(cuò)在閑聊中，突發(fā)奇想，決定在網(wǎng)上發(fā)帖求助，希望在民間找到種植獨(dú)腳金的人。這看似不可能的行為，卻奇跡般地有了回應(yīng)。在一個(gè)貼吧中，他們找到了一名兩年多前發(fā)布過(guò)相關(guān)信息的網(wǎng)友，盡管對(duì)方?jīng)]有留下任何聯(lián)系方式，但他們還是抱著試試看的心態(tài)留言。令人驚喜的是，幾天后，這位網(wǎng)友竟然回復(fù)了他們！
一番周折后，史佳陽(yáng)和團(tuán)隊(duì)終于與這位位于廣東省郁南鄉(xiāng)的獨(dú)腳金種植者取得了聯(lián)系。“這位種植者起初也是在野外采集種子，經(jīng)過(guò)多年摸索，不僅在家中利用泡沫箱種植獨(dú)腳金，甚至開(kāi)辟了一畝專門的田地。”史佳陽(yáng)說(shuō)，這一發(fā)現(xiàn)讓他們興奮不已，迅速將田間試驗(yàn)從北京轉(zhuǎn)移到了廣東，經(jīng)過(guò)連續(xù)兩年的表型試驗(yàn)，補(bǔ)全了研究所需的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。
試驗(yàn)結(jié)果令人振奮：敲除兩個(gè)關(guān)鍵基因后的高粱品種對(duì)獨(dú)腳金的抗性顯著增強(qiáng)，寄生率降低了67%～94%，高粱的產(chǎn)量損失減少了49%～52%。
獨(dú)腳金的種子。馮麗妃攝進(jìn)一步研究中，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)AI模擬，預(yù)測(cè)了兩個(gè)基因上形成獨(dú)腳金內(nèi)酯轉(zhuǎn)運(yùn)通道的關(guān)鍵氨基酸苯丙氨酸位點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)該位點(diǎn)在玉米、水稻等重要作物轉(zhuǎn)運(yùn)通道同源蛋白中都存在。“這說(shuō)明這種轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制存在保守性，從而為重要作物抗寄生提供了具有廣泛應(yīng)用前景的解決方案。”論文共同通訊作者、中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)教授于菲菲說(shuō)。
圖中左側(cè)顯示了野生型高粱釋放獨(dú)腳金內(nèi)酯，觸發(fā)獨(dú)腳金的萌發(fā)和感染，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。右側(cè)展示了SbSLT1/2 基因敲除的高粱表現(xiàn)出強(qiáng)大的獨(dú)腳金抗性。受訪者供圖雛鳳將飛，老鳳細(xì)語(yǔ)
史佳陽(yáng)最終并未因這項(xiàng)研究“延畢”。2023年，他就已經(jīng)憑借其他研究成果順利拿到博士學(xué)位。不過(guò)，他依然留在課題組繼續(xù)做博士后，希望拿到更好的成績(jī)?cè)俪稣尽?span style="display:none">GfF流量資訊——探索最新科技、每天知道多一點(diǎn)LLSUM.COM
2024年4月，研究團(tuán)隊(duì)將耗時(shí)5年完成的研究投給《細(xì)胞》，論文僅經(jīng)過(guò)一輪補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)就被接收，并在10個(gè)月后發(fā)表。國(guó)際審稿人認(rèn)為，這項(xiàng)研究數(shù)據(jù)翔實(shí)，具有重要的理論和應(yīng)用價(jià)值。
中國(guó)科學(xué)院院士謝道昕評(píng)價(jià)說(shuō)，這一成果為高粱的寄生雜草抗性育種提供了重要基因資源，并為其他作物提高寄生抗性指明了道路，是作物抗性分子育種領(lǐng)域的“里程碑式突破”。特別是在非洲，這一成果對(duì)于防治獨(dú)腳金危害、緩解糧食危機(jī)，將具有深遠(yuǎn)影響。
回顧走過(guò)的路，史佳陽(yáng)清楚記得邁過(guò)的大大小小的坎：水培高粱種子萌發(fā)后根系易污染，團(tuán)隊(duì)一次次優(yōu)化試劑配方解決問(wèn)題；補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回復(fù)審稿人修改意見(jiàn)時(shí)，他曾連續(xù)一周睡在實(shí)驗(yàn)室補(bǔ)充酵母菌實(shí)驗(yàn)。
“不管在哪個(gè)領(lǐng)域，想把一件事做好，都不是一件容易的事。科研也是這樣。”史佳陽(yáng)感慨道。他仍然記得，初次見(jiàn)到謝旗時(shí)，后者滿眼血絲。后來(lái)他才知道，導(dǎo)師經(jīng)常每天只睡4個(gè)小時(shí)，從晚上11點(diǎn)到次日凌晨3點(diǎn)，堅(jiān)持了十幾年。
2007年，44歲的謝旗從模式植物擬南芥轉(zhuǎn)向高粱研究。他拼命追趕時(shí)間，致力于將基礎(chǔ)研究成果轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，培育出耐鹽堿甜高粱新種質(zhì)，研發(fā)了具有“稻花香”味的高粱、抗鳥(niǎo)吃的高粱、更易脫粒的高粱，以高粱為材料挖掘的作物主效耐堿基因更是入選兩院院士評(píng)選的“2023年度中國(guó)十大科技進(jìn)展新聞”。
“別把我說(shuō)得那么偉大。”“毒舌”導(dǎo)師語(yǔ)氣謙遜地說(shuō)，“人就是要踏踏實(shí)實(shí)做事，把手上工作做好。我就是想讓環(huán)境好一點(diǎn)，打的農(nóng)藥、施的化肥少一點(diǎn)，我們的生活變得美一點(diǎn)。”
言傳身教，史佳陽(yáng)希望博士后出站后，能到河北高校工作，為家鄉(xiāng)的農(nóng)業(yè)發(fā)展出一份力。他也希望，把導(dǎo)師傳授的科研精神、教育理念及為人處世之道，繼續(xù)傳遞給未來(lái)的學(xué)生。
過(guò)去七年實(shí)驗(yàn)室和諧融洽的氛圍，讓史佳陽(yáng)難以忘懷。“我們師兄弟姐妹經(jīng)常聚餐、唱歌、爬山，到奧森健步走，從不會(huì)大的霸凌小的，或者守著自己的技術(shù)，大家在科研上交流分享從不吝嗇。”史佳陽(yáng)說(shuō)，“謝老師在科研方向選擇上既具有前瞻性，又很民主。他會(huì)根據(jù)每個(gè)人的特點(diǎn)安排項(xiàng)目，是否與個(gè)人的興趣匹配可以自由討論；也會(huì)給每個(gè)人安排兩到三個(gè)項(xiàng)目，可以自己做，也可以大家一起做，增加了團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的學(xué)習(xí)交流。”
采訪接近尾聲時(shí)，師徒間輕松愉快的“斗嘴”再次上演。
“謝老師要求比較嚴(yán)，田間試驗(yàn)照片的角度、光線，他不滿意時(shí)，就會(huì)說(shuō)‘好丑啊’，要求重拍。”史佳陽(yáng)說(shuō)。
“因?yàn)榧?xì)節(jié)決定成敗。”謝旗說(shuō)。
“其實(shí)，謝老師對(duì)自己要求更嚴(yán)，他自己熬夜，不叫我們熬夜。”史佳陽(yáng)說(shuō)。
“沒(méi)有好身體，發(fā)再多文章也沒(méi)用。再說(shuō)熬夜效率也不高，還會(huì)浪費(fèi)我的電，浪費(fèi)納稅人的錢。我鼓勵(lì)他們打球、跑步，不要七天都在實(shí)驗(yàn)室。對(duì)史佳陽(yáng)，我罵得最厲害的是他吃零食。你這么胖吃零食，還要再胖嗎？”謝旗“毒舌”道。
雛鳳振翅欲翔，老鳳的“毒舌”也是細(xì)語(yǔ)叮嚀。
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https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.01.022
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