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0.3cm 小纖維的大情懷

  朱玉賢,中國科學院院士,北京大學教授、博士生導師,北京大學理學部學術(shù)委員會委員,蛋白質(zhì)與植物基因研究國家重點實驗室主任。還擔任中國植物學會副理事長,《遺傳學報》副主編,《科學通報》特邀編輯,植物生理學與生物化學、農(nóng)業(yè)基因組學、作物遺傳改良、醫(yī)學分子生物學、棉花生物學等國家重點實驗室學術(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基金委“國家杰出青年科學基金”資助,2001年被教育部聘為“長江學者”,2003年成為國家自然科學基金委“創(chuàng)新團隊”學術(shù)帶頭人。
  “我就是想為中國農(nóng)民做點事情,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。“做點事情”,就是讓中國的棉花纖維再伸長0.3厘米,就是這點事情,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)濟收入。
  朱玉賢院士對科學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。朱玉賢認為,科學研究想獲取創(chuàng)新成果,不僅要培養(yǎng)在學識上的遠見,更要求具備追求目標時的堅韌態(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)的團隊攻克了一個個難關(guān),通過功能基因組研究發(fā)現(xiàn)乙烯能夠促進纖維細胞伸長,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:“我大學專業(yè)選的就是農(nóng)業(yè),一直有一個堅定的信念,我可以為中國農(nóng)民做一點事情。所以當1998年科技部生物工程中心負責人找到我,讓我申請棉花這個項目時,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。
  “當初獲得這個項目時,我第一感覺就是心中的愿望終于可以實現(xiàn)了,可以用自己的專業(yè)知識為農(nóng)民做點事。”朱玉賢說。
  朱玉賢和他的團隊制作了棉花芯片,將野生型陸地棉和它的無纖維突變體進行比較,最初是想通過這種比較,找到兩者在基因表達上的差異。實驗過程中發(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的慣性思維,轉(zhuǎn)向高表達生化途徑的研究。2005年,朱玉賢和他的團隊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,能夠促進棉纖維的細胞生長?!边@個研究結(jié)論讓朱玉賢和他的團隊喜出望外,加快了研究進程。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)乙烯能夠促進纖維細胞伸長,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到世界領(lǐng)先水平。
  2010年,中國農(nóng)科院棉花研究所進行栽培試驗,實驗結(jié)果證實了朱玉賢的研究結(jié)論,在纖維顯著伸長的10個株系中,有8個都來自他的實驗室,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


  對這個實驗結(jié)果,朱玉賢仍然感到一絲遺憾,他計劃把實驗得到的轉(zhuǎn)基因品種與生產(chǎn)上大面積推廣的長纖維品種進行雜交,期望能夠進一步提高棉纖維的長度,以期為整個棉花產(chǎn)業(yè)做出實質(zhì)性貢獻。
  朱玉賢對記者說,陸地棉的伸長問題已經(jīng)解決,實驗室現(xiàn)已進入第二階段研究,下一個目標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,因為海島棉的纖維雖然較長,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,增強其在國際市場高端棉紡織品行業(yè)的競爭力。

負笈美國學成歸國感恩母親報效國家

  “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。
  小時候上學時,早晨6點半鐘朱玉賢從家里出來,走路到學校。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,四五點鐘就起來給他做飯。
  那時家里沒有鬧鐘,而母親每天都要準時起來,估計很難安安穩(wěn)穩(wěn)地睡覺。母親的這種堅韌與付出,讓朱玉賢從小就堅定了一個信念:一定要好好讀書,將來報答母親。
  從小學到初中,喜歡學習的朱玉賢成績一直很好,很受老師喜歡。“文革”開始后,學校停課了,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,國家恢復了高考。1978年退伍的朱玉賢,經(jīng)過短暫復習之后,參加高考考進了浙江農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學系種子專業(yè)。
  1986年1月朱玉賢到美國康奈爾大學攻讀博士學位,專修植物學,主要從事植物激素與豌豆的衰老研究。留學所讀專業(yè)也是與農(nóng)業(yè)緊密關(guān)連,朝著為農(nóng)民“做點事情”的目標,他又邁出了堅定一步。
  留美期間發(fā)生的一件事情深深刺激了朱玉賢。讀博士時,朱玉賢的導師拿了一本美國的《The Economist》(《經(jīng)濟學人》)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去,中國經(jīng)濟早晚得完蛋!當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)濟和科學發(fā)展作出的貢獻,他們愿意用一種有色眼鏡看中國今天所取得的成就。
  當1991年完成學業(yè)和研究之后,朱玉賢毅然選擇回國創(chuàng)業(yè)。當時很多同學都勸他留在美國,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》教材。這本書15年間印刷量超過30萬冊,已成為國內(nèi)高校分子生物學的最主要教材,今年推出第4版。
  朱玉賢一心獻身科學,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研究項目,連國家自然科學基金面上項目的申請都失敗了。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。最終他咬咬牙決定堅持走下來。
  但從另一角度看,做科學研究,永遠堅持一個方向不變,也不一定能出成果。朱玉賢在康奈爾大學讀博士時,導師就對他說,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,什么時候要堅持下去,這恐怕是決定一個人能否成為一個好學者的重要品質(zhì)。所以科學家要有第六感覺,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,朱玉賢認為需要學術(shù)背景、對問題系統(tǒng)性的認識、對世界前沿科學的把握以及對所擬研究的問題的獨到見解。
  “做學問,最終是一種綜合素質(zhì)的匹配”,朱玉賢說。科學研究想獲取創(chuàng)新成果,不僅要培養(yǎng)在學識上的遠見,更要求具備追求目標時的堅韌態(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)育和擬南芥細胞分化機制領(lǐng)域取得重大突破。
  朱玉賢和他的團隊首次展開棉纖維中差異表達基因的大規(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胞伸長過程中的主導作用。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胞初生壁合成和細胞伸長的限速步驟。由于在乙烯信號通路上下游長期而系統(tǒng)性的研究,世界植物科學著名的綜述期刊《當代植物學觀點》邀請他撰寫論文,闡述他們對棉纖維這個特殊細胞的認知。該研究于2011年獲國家自然科學二等獎。

朱玉賢在北京大學生命科學院作學術(shù)報告


  朱玉賢和他的團隊研究還發(fā)現(xiàn)了擬南芥乳腺癌抑制因子同源基因BARD1是干細胞決定因子WUS和WOX5的抑制因子,BARD1缺失突變體中WUS的表達從頂端的組織中心擴展到所有外表層細胞,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,從而控制植物向地性生長和根尖分生組織細胞分化。

帶團隊如同選種子為國選材悉心培養(yǎng)

  作為學術(shù)帶頭人,朱玉賢認為,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科培養(yǎng)可以為國家做研究的棟梁之材。
  朱玉賢帶領(lǐng)團隊,采用了選種子的經(jīng)驗,優(yōu)選“種子”,并采取恰當?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,因為提問題的時候,可以知道他們對這個專業(yè)了解的深度和廣度。
  有個學生叫施永輝,他2000年5月到朱玉賢實驗室,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工作進展。這使朱玉賢感到很吃驚,新生一般都很怕見他,害怕被問實驗進展如何,害怕挨呲兒。連續(xù)幾次聽了施永輝的匯報后,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。施永輝花了一個學期的時間,學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分析等工作。這期間,施永輝不斷總結(jié)經(jīng)驗,主動反饋實驗結(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,并決定由施永輝負責該項研究。
  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生。那時,實驗室主要用“差異顯示”技術(shù)篩選與棉纖維伸長相關(guān)基因。當年,全世界通行的模式是對“差異顯示”實驗中獲得的單個基因片段進行深入分析,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”實驗中得到的所有基因片段建成“差異基因文庫”,進行高通量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)的差異表達基因。這當然是個好想法,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,成為享譽世界的重要科研成果。所以說,一個好學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!老師對學生起“一桿秤”的作用,用自己的學識,去“稱量”所選“種子”的重量和質(zhì)量,給學生指明最合適的發(fā)展方向和方法。
  “科學工作者要取得突破,面對失敗的態(tài)度很關(guān)鍵。因為在探索未知世界的過程中,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?!敝煊褓t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。當他們遇到困難,我會盡可能地提供幫助?!?BR>  春風化雨,桃李芬芳。朱玉賢帶領(lǐng)的學生紛紛成材。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任研究員,還被列入中科院“百人計劃”;還有的博士到了國外,成為沃頓商學院的高材生……
  每當聽到學生們進步的消息,朱玉賢甚至比他們還高興。朱玉賢和他的學生們將繼續(xù)在科研創(chuàng)新道路上開拓進取,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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