作者:王方 许天颖 张伊杰 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2017/5/23 18:57:35
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植物博士与他的“军备大战”

 

夏天的南京酷暑难耐。在南京农业大学植物保护学院的实验室,一个原本两年前就能顺利申请毕业的博士生还在专注于手中的实验。

他是导师眼中“成天‘泡’在实验室里想问题的家伙”,是为数不多的以第一作者身份在全球顶尖学术期刊《科学》(Science)上发表高水平论文的在读博士生。他,就是马振川。

“大海”中捞起一根“针”

植物疫病的防治一直是植保领域的难题,这类病害发病快、变异快、流行快,植物疫霉菌对研制出的新型杀菌剂很快产生抗药性,致使农田大面积减产甚至颗粒无收。

南京农业大学植物保护学院教授王源超团队一直希望找到一种成分,能够实现对植物疫病的持久、广谱防治。2012年,寻找疫霉菌广谱致病因子的项目正式启动,马振川跟随导师王源超及其团队,逐渐进入了科研状态。

疫霉菌的种类千千万万,产生的蛋白产物更是数不胜数,在其中寻找到一个能够启动植物广谱抗性的成分无异于大海捞针。与此同时,国内外同行间的竞争也异常激烈。

为了尽快筛选出能让作物产生广谱抗性的病原菌模式分子,马振川每天至少有12小时是泡在实验室里的。从制作培养基到配制菌液,再到沉淀提取,最后进行试验筛选,一套实验流程下来就要耗费一个多月的时间。除了耗时长,试验的工作量也非常大,每个流程来不得半点含糊。

谈及整个筛选的过程,马振川描述得十分平常,但搞过科研、做过试验的人都知道,这背后要经历若干次考验——在不计其数的样品中“捞”到一种可以引起作物广谱抗性的成分,兴奋与激动的心情难以言表,查阅文献后却发现它已经被发现,且后续试验的效果并不好,高昂的情绪立马被浇了一盆凉水,只得拿起配制培养基的材料重新来过。

这样冰火两重天的科研历练,马振川“熬”了两年。2015年,在大量筛选比对的基础上,他终于找到了可以使植物产生广谱抗性的病原菌模式分子XEG1,并验证出这种成分不仅存在于各种疫霉菌中,在卵菌、真菌和细菌中也普遍存在。该成果于2015年7月发表在国际知名学术期刊《植物细胞》(Plant cell)上。

进阶吧,疫霉菌!

就在马振川将新发现的XEG1拿到实验室进行分子机制研究时,一个疑问摆在面前:疫霉菌用XEG1出“杀”招,植物会调动相对应的抑制蛋白GIP1来“守”。既然有“杀”有“守”,为何在自然状态下依旧存在疫病的暴发?

一个偶然的机会,马振川发现了与XEG1同家族的蛋白XLP1。有意思的是,这两种蛋白基因序列相似,同时合成,同时发挥作用。唯一的差别是XLP1没有生物活性,无法独自完成侵染——这像极了人类家族中的一对双胞胎。

“XLP1会不会是XEG1的诱饵?它不具备活性,或许它的主要功能就是负责调走兵力?”马振川的这一问,很多人嗤之以鼻,觉得“像在讲故事”。王源超却为这个极具想象空间的科研假设眼前一亮,“这可能是一个非常重大的科研发现”。

通过进一步的实验验证,马振川惊喜地发现,植物防御成分GLP1的确能与XLP1结合,且结合能力超出XEG1约5倍。他意识到,这一发现几乎解开了所有的谜团:疫霉菌在进攻植物时同时带出两支“军队”,一支带着“导弹”的“大部队”XEG1和一支用来调离敌方防御的“诱饵”XLP1。因为XLP1与植物防御蛋白的结合能力更强,植物用来“防御”的主要兵力就这样被XLP1“调离了”,致使攻击的主要力量XEG1得以向植物体内长驱直入。

声东击西、调虎离山、道高一尺魔高一丈,人类战争中的兵不厌诈竟然也会在低等生物体中上演。这一疫霉菌攻击宿主时使出的招式,被马振川起名“诱饵模式”(DECOY)。

2017年1月13日,国际顶级学术期刊《科学》(Science)在线发表了这项关于作物疫病发生机制的突破性成果。该成果以研究长文的形式发表,这在《科学》杂志中被视作极具分量的研究成果。

一个假设让博士生“长驻”

事实上,在两年前马振川发现XEG1,并证实其能引发植物的广谱抗性时,他的毕业论文已经完成,随时可以选择博士毕业。但当时的他,脑子里已经有了关于“诱饵模式”的初步假设。

“这样的灵感对于科研人员太难得了。”马振川说,因为背后有着王源超和整个团队的大力支持,他选择留下来,一鼓作气把这块硬骨头给啃下来。

2016年7月,王源超将马振川和他们发现的“诱饵模式”带到了领域内最权威的学术大会MPMI(国际植物微生物分子互作大会)上。王源超作为仅有的2位亚洲研究者之一,受邀作主旨报告。报告还没结束,多名领域内的权威专家就称赞这是一项卓越的成果,是近年来不可多得的让人兴奋的工作。

在大会上,英格兰一个独立的研究所以及培训植物和微生物科学的中心——约翰·英纳斯中心(JIC)下属的塞恩斯伯里实验室(TSL)当即就邀请马振川去做博士后。与此同时,美国科学院的一位院士也诚恳地邀请他前去作报告。

当初选择留下来,没想到这一留就是2年。有不少同届的同学已经在国内高校或科研机构当上了副教授,马振川却还蒙头在实验室里想着、干着,成了一位不折不扣的“长驻”博士。

如今的他,虽然收到了多家国外顶级实验室递来的“橄榄枝”,却依然专注于作物疫病分子机制研究的后续工作,“搞科研就是这样,让人停不下来”。

 
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