植物博士與他的“軍備大戰”

夏天的南京酷暑難耐。在南京農業大學植物保護學院的實驗室,一個原本兩年前就能順利申請畢業的博士生還在專注於手中的實驗。

他是導師眼中“成天‘泡’在實驗室裡想問題的傢伙”,是為數不多的以第一作者身份在全球頂尖學術期刊《科學》(Science)上發表高水平論文的在讀博士生。他,就是馬振川。

“大海”中撈起一根“針”

植物疫病的防治一直是植保領域的難題,這類病害發病快、變異快、流行快,植物疫黴菌對研製出的新型殺菌劑很快產生抗藥性,致使農田大面積減產甚至顆粒無收。

南京農業大學植物保護學院教授王源超團隊一直希望找到一種成分,能夠實現對植物疫病的持久、廣譜防治。2012年,尋找疫黴菌廣譜致病因子的項目正式啟動,馬振川跟隨導師王源超及其團隊,逐漸進入了科研狀態。

疫黴菌的種類千千萬萬,產生的蛋白產物更是數不勝數,在其中尋找到一個能夠啟動植物廣譜抗性的成分無異於大海撈針。與此同時,國內外同行間的競爭也異常激烈。

為了儘快篩選出能讓作物產生廣譜抗性的病原菌模式分子,馬振川每天至少有12小時是泡在實驗室裡的。從製作培養基到配製菌液,再到沉澱提取,最後進行試驗篩選,一套實驗流程下來就要耗費一個多月的時間。除了耗時長,試驗的工作量也非常大,每個流程來不得半點含糊。

談及整個篩選的過程,馬振川描述得十分平常,但搞過科研、做過試驗的人都知道,這背後要經歷若干次考驗——在不計其數的樣品中“撈”到一種可以引起作物廣譜抗性的成分,興奮與激動的心情難以言表,查閱文獻後卻發現它已經被發現,且後續試驗的效果並不好,高昂的情緒立馬被澆了一盆涼水,只得拿起配製培養基的材料重新來過。

這樣冰火兩重天的科研歷練,馬振川“熬”了兩年。2015年,在大量篩選比對的基礎上,他終於找到了可以使植物產生廣譜抗性的病原菌模式分子XEG1,並驗證出這種成分不僅存在於各種疫黴菌中,在卵菌、真菌和細菌中也普遍存在。該成果於2015年7月發表在國際知名學術期刊《植物細胞》(Plant cell)上。

進階吧,疫黴菌!

就在馬振川將新發現的XEG1拿到實驗室進行分子機制研究時,一個疑問擺在面前:疫黴菌用XEG1出“殺”招,植物會調動相對應的抑制蛋白GIP1來“守”。既然有“殺”有“守”,為何在自然狀態下依舊存在疫病的暴發?

一個偶然的機會,馬振川發現了與XEG1同家族的蛋白XLP1。有意思的是,這兩種蛋白基因序列相似,同時合成,同時發揮作用。唯一的差別是XLP1沒有生物活性,無法獨自完成侵染——這像極了人類家族中的一對雙胞胎。

“XLP1會不會是XEG1的誘餌?它不具備活性,或許它的主要功能就是負責調走兵力?”馬振川的這一問,很多人嗤之以鼻,覺得“像在講故事”。王源超卻為這個極具想象空間的科研假設眼前一亮,“這可能是一個非常重大的科研發現”。

通過進一步的實驗驗證,馬振川驚喜地發現,植物防禦成分GLP1的確能與XLP1結合,且結合能力超出XEG1約5倍。他意識到,這一發現幾乎解開了所有的謎團:疫黴菌在進攻植物時同時帶出兩支“軍隊”,一支帶著“導彈”的“大部隊”XEG1和一支用來調離敵方防禦的“誘餌”XLP1。因為XLP1與植物防禦蛋白的結合能力更強,植物用來“防禦”的主要兵力就這樣被XLP1“調離了”,致使攻擊的主要力量XEG1得以向植物體內長驅直入。

聲東擊西、調虎離山、道高一尺魔高一丈,人類戰爭中的兵不厭詐竟然也會在低等生物體中上演。這一疫黴菌攻擊宿主時使出的招式,被馬振川起名“誘餌模式”(DECOY)。

2017年1月13日,國際頂級學術期刊《科學》(Science)在線發表了這項關於作物疫病發生機制的突破性成果。該成果以研究長文的形式發表,這在《科學》雜誌中被視作極具分量的研究成果。

一個假設讓博士生“長駐”

事實上,在兩年前馬振川發現XEG1,並證實其能引發植物的廣譜抗性時,他的畢業論文已經完成,隨時可以選擇博士畢業。但當時的他,腦子裡已經有了關於“誘餌模式”的初步假設。

“這樣的靈感對於科研人員太難得了。”馬振川說,因為背後有著王源超和整個團隊的大力支持,他選擇留下來,一鼓作氣把這塊硬骨頭給啃下來。

2016年7月,王源超將馬振川和他們發現的“誘餌模式”帶到了領域內最權威的學術大會MPMI(國際植物微生物分子互作大會)上。王源超作為僅有的2位亞洲研究者之一,受邀作主旨報告。報告還沒結束,多名領域內的權威專家就稱讚這是一項卓越的成果,是近年來不可多得的讓人興奮的工作。

在大會上,英格蘭一個獨立的研究所以及培訓植物和微生物科學的中心——約翰·英納斯中心(JIC)下屬的塞恩斯伯裡實驗室(TSL)當即就邀請馬振川去做博士後。與此同時,美國科學院的一位院士也誠懇地邀請他前去作報告。

當初選擇留下來,沒想到這一留就是2年。有不少同屆的同學已經在國內高校或科研機構當上了副教授,馬振川卻還矇頭在實驗室裡想著、幹著,成了一位不折不扣的“長駐”博士。

如今的他,雖然收到了多家國外頂級實驗室遞來的“橄欖枝”,卻依然專注於作物疫病分子機制研究的後續工作,“搞科研就是這樣,讓人停不下來”。

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