您所在的位置: 首页 - 新闻焦点

一个基因片段引发的故事

马克思讲过:“在科学上没有平坦的大道,只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人,才有希望达到光辉的顶点。”

7月14日,国际顶级期刊Cell(《细胞》)在线刊发了我校植物免疫团队历经18年的研究成果——找到了小麦中协助条锈菌感染的真凶,并通过“剪除”小麦中的“叛徒”,使得小麦不易遭受条锈菌的侵染,从而开辟了小麦抗病育种培育的新思路和新途径。

这一光辉的顶点是如何达到的?

从一个基因开始的探索

这个真凶,不是别的,其实就是藏在小麦中的一个基因……

为了解开这段基因的内幕,作为植物免疫团队的成员王晓杰带着研究生冲了一关又一关。

故事还得从王晓杰读博士时说起。2004年,王晓杰在做条锈菌侵染小麦后的基因表达实验,期间,他发现了一个在小麦中从未见过的基因片段,碍于当年自身的研究水平和硬件设施的限制,博士期间的王晓杰始终没揭开这段基因的神秘面纱,但这段基因背后究竟有什么故事,始终萦绕在王晓杰心中。

小麦条锈病是小麦头号重大生物灾害,在全世界小麦种植区均有发生,我国一直是发病最重的区域,一般年份会导致10%-30%产量的损失,严重时甚至绝产,所以条锈病被农业农村部列为一类农作物病害。

自然条件下小麦感染条锈菌_副本.jpg自然条件下小麦感染条锈菌

一直以来,应用抗病品种是防控条锈病最为安全经济有效的措施。上世纪50年代以来,我国小麦主栽品种主要利用Yr1、Yr9、Yr26等抗病基因,打败了一轮又一轮的病菌围攻,为保障我国小麦安全生产作出了巨大贡献。

但随着病菌的“升级换代”,病害防控亦越来越被动。能够用来“打怪”的抗病基因数量在减少。因为小麦品种在生产上大规模推广3-5年后,病菌变异产生的新毒性菌系,常常破防品种的抗性,导致病害频繁流行成灾。而传统培育一个抗病品种,至少要花费10年左右的时间,品种抗性丧失年限明显快于品种培育年限,因而,用来有效应对小麦条锈病的品种越来越少,抗病资源也日益匮乏。

转眼11年过去,当年的博士已是博导,王宁成为王晓杰的开门弟子。王晓杰第一时间,把那段让他一直惦念的基因拿出来,作为礼物送给开门弟子,期待她能揭开潘多拉魔盒的秘密,厘清这段基因和小麦条锈病那扑朔迷离的关系……

一场前所未有的科研工作正式起步,设计实验方案、研究实验可行性、推敲每个实验环节……尽管困难重重,但团队成员凭借着不轻言放弃的毅力,一步步脚踏实地地走上了这条充满未知的探索之路。

18年,216个月,6570天。在王晓杰老师和博士后王宁、博士生樊昕以及同事汤春蕾老师的接力奋进中,最终找到了小麦感染条锈菌的真凶——挖掘出了世界首个被病菌毒性蛋白利用的小麦感病基因,揭示出条锈菌如何操纵小麦感病基因,帮助病菌侵染致病的分子机制,并利用基因编辑技术精准敲除感病基因,实现了小麦对条锈病的广谱抗性,成为真正可用于作物抗病改良的感病基因。

就是这样的18年,王晓杰老师带领小组成员一点一滴、一分一毫地推进实验进程,像一个蹒跚学步的孩童,跨过一个个困难,迈出成功地一步。

科研从来都不是一个人的事

文章作者合影_副本.jpg文章作者合影(支勇平/摄)

采访中,王晓杰一直强调,成绩属于所有参与这个项目的师生,属于植物免疫团队,每个成员都作出了重要贡献,尽管论文作者中没有出现所有参加人的名字。

“整个研究过程中最难的一个阶段,我觉得应该是按照审稿人要求修改文章的那一年。”汤春蕾印象最深的一个场景是,将6万字的英文文章按编辑要求改到4.5万字。“当时,也不知道是什么力量驱使,每晚把不到两岁的女儿哄睡着,我再爬起身,抱着电脑改文章。”期间还伴随和晓杰老师无数个电话进行实时沟通。

得知记者要采访,汤春蕾心里不知该和记者聊什么,“工作之外的事会记不清,因为真的每天工作上的事很多。”她说。

“常常和汤春蕾通电话,那边还能听见孩子的哭声,我都不好意思再打电话了。”回想起当时的情景,王晓杰老师仍感抱歉。

作为父亲,王晓杰也是边谋划实验边当超级奶爸,做实验最辛苦的两年,又逢新冠疫情,尤其疫情紧张之时,在医院工作的妻子完全顾不上家,王晓杰只能把四岁的小儿子送到老人身边,大儿子则天天陪他泡在实验室写作业。

王宁在回忆这段研究过程时说:“我那时,刚生完孩子,好多次都是一边在哺乳一边修改文章。除了哺乳,孩子就交给家人。论文冲刺阶段,也是孩子最需要妈妈的时候,但我陪伴的确实有限。”说到这儿,王宁一声叹息,眼泪随即掉了下来。

小组中唯一一位没有家庭牵绊的第一作者樊昕,为了实验方便,索性搬到实验室隔壁住。家就在西安,但实验冲刺阶段,过年也就在家呆了两天,连姥姥都埋怨“你还记得回来呢”。

“我发现,当人致力于解决一个问题时,心中涌动的渴望会将所有的辛苦一扫而光。”樊昕把自己的切身感受分享给大家。

除了汤春蕾、王宁、樊昕,小组其余的14名成员都在为这个实验做着各自的努力。博四在读学生闫通自己的实验已然焦头烂额,但他选择把个人迫在眉睫的实验先放在一边,全力配合团队把大实验先做好。“我做自己的实验都没这个上心。”显然,已经把“小我”置身在“大我”之后。

除了科研小组的成员,植物免疫团队的老师和国家重点实验室平台的实验员也给予无限的支持,汤春蕾还记得有一次,小组刚结束了碰头会已是夜里12点,为了让新鲜的思维火花不要中断,她心怀愧疚给实验员老师周晓娜打电话,请她打开实验仪器,博士生甘鹏飞、何梦颖、舒伟学这才顺利开始通宵达旦做起实验。

作为领队的王晓杰,整日泡在实验室,和同学们一起熬那些已经记不清的夜,“我喝红牛可以一晚上不犯困!”发现这个秘籍的王晓杰,兴冲冲的告诉身边战友。

“王老师就像拼命三郎,对熬夜有使不完的劲,王老师熬夜的法宝就是‘来一罐红牛’。文章修改冲刺阶段,‘红牛’成了植物免疫团队的集体护身符!”王宁告诉记者。

王晓杰说:“我一个从来不长口腔溃疡的人,在修改文章的最后,满嘴都是泡,因为迟一天,文章的提交就会有问题”。

薪火相传持续攀登

《细胞》杂志的审稿人在看到终稿时,评价到“文章在一稿的基础上,历经近两年的修改,是一项令人难以置信的研究工作”。

小麦抗条锈病鉴定圃_副本.jpg小麦抗条锈病鉴定圃

这项伟大的工作不仅是国际上病菌与植物互作研究领域的重大突破,也是基于理论发现服务农业生产的重要创新,是践行“问题导向,服务国家重大需求”的重要体现,为我国现代生物育种开辟了新思路和新途径。

“我们的成就是在李振岐院士与康振生院士两代科学家奋斗的基础上取得的。”王晓杰说。

康振生院士是王晓杰的导师。康院士以攻克小麦病害为己任,抓到了条锈菌疯狂作案的真凶——野生小檗。而康振生院士的导师是学术界公认的我国小麦条锈病研究和植物免疫学领域的主要奠基者——李振岐院士,首次锁定条锈病“匪巢”。他们教书育人、搭梯引路,为后学指引方向,培养出了一代又一代优秀的学生。

当王晓杰遇到困境,就会和自己的老师康振生院士“询医问药”。

“康老师一直操心我们的实验进展,他告诉我研究要围绕生产需求,成果要服务于国家农业生产。康老师像一位军师,一直在背后为我们出谋划策,不断的宽慰我、启发我。我有问题会随时给康老师打电话,和他说说我就踏实了。”

王晓杰这一句简单的话语,饱含了对老师的敬意。

这,就是师传的力量。

“晓杰老师、康老师和康老师的老师——李先生就像一座座大山。”在青年教师汤春蕾眼中,后浪与前浪交替,新人和前辈接力,大团队的三位老师始终给后浪传递温暖和力量,让后浪感到不是孤军奋战,不会手足无措,而是背后有大山,随时有温暖。

走进植物免疫学实验室,实验台上摆满了各种仪器和试剂,每个人都在认真干着自己的工作,他们不放过一丝一毫的细节……多年来,他们就在这样数以千计、数以万计的实验过程中,一次次失败、一次次进步,最终在小麦条锈病研究上取得重大成果。

谈到今天成绩的取得,王晓杰说,要始终怀有初心——科学研究必须服务国家重大需求,再在这个过程中提炼科学问题进行基础研究,要能真正为人民群众生命健康作出实际贡献;科研还需要传承和发扬,在康老师的带领下,将继续和条锈病作斗争,确保国家粮食安全。

植物免疫学团队经常彼此勉励,科研工作要做好将“冷板凳”坐穿的准备,少一分急功近利,多一分踏踏实实。

攀登之路,勇者不孤。因为始终有虔诚的信仰,所以终将会用不停歇的脚步去追随科研巅峰上的那束光芒。



编辑:张晴

终审:徐海