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                            田志喜:給中國大豆“嵌入”高產基因

                            2021-12-27 科技日報 都芃
                            【字體:

                            語音播報

                              在田里的時候,他是個勤懇的“農民”,一心只想種好大豆;而在實驗室時,他是攻克大豆難題的科學家,目標是“為中華大豆之崛起而奮斗”。田志喜 受訪者供圖

                              走進中國科學院遺傳與發育生物學研究所(以下簡稱遺傳發育所)研究員田志喜的實驗室,最先入耳的是一陣陣“嘩啦”聲——一群學生正揚起剛收獲不久的大豆。金黃的豆粒在柳條編織的簸箕中上下翻飛,與農家的豐收景象別無二致。而在走廊另一側,現代化的科研儀器正在井然有序地運行,古老的農作物,在這里被賦予了新的價值。

                              這也暗合了田志喜的“雙重”身份:在田里的時候,他是個勤懇的“農民”,一心只想種好大豆;而在實驗室時,他是攻克大豆難題的科學家,目標是“為中華大豆之崛起而奮斗”。

                              前不久,第十三屆“談家楨生命科學獎”獲獎名單公布,田志喜因在大豆基因組學等相關領域取得了突破性研究成果獲得該獎項。

                              從果樹到大豆的三次跨越

                              最初,田志喜并不是研究大豆的。本科與碩士階段學習果樹專業的他,在2000年研究生畢業后留在母校河北農業大學工作。2001年,田志喜被借調至國家自然科學基金委,協助申報項目審批等相關工作。在那里,田志喜“大開眼界”,接觸到了許多此前不甚了解的領域,求知欲再度被喚起,他下決心要繼續讀博。他將目標鎖定在更側重基礎研究的遺傳發育所,由此田志喜開始了他的第一次跨越。

                              分子生物學、分子遺傳學……一直從事應用研究的田志喜此前較少接觸此類內容。為了備考,他聽說自己以前的同學在教授“分子生物學”課程,于是他一有空就跑去聽??疾┏煽児?,田志喜被錄取,師從中國科學院院士李家洋。

                              博士畢業后,田志喜前往美國普渡大學從事博士后工作,真正的考驗也從此開始。之前還算順利的他,初到美國,就遭遇了前所未有的困難。博士后所進行的研究與博士階段并不相同,無從銜接,他又要從頭學起。此外,面對當時空無一物的實驗室,他還承擔起了從零開始組建實驗室的任務。

                              剛一開始,科研進展得不順利,實驗室工作繁重,田志喜越做越覺得迷茫。田志喜至今記得,那年普渡大學所在的印第安納州下起暴雪,他在齊膝深的雪中艱難前進,一如他初到美國時的生活。但田志喜不想坐以待斃,為了盡快找到正確方向,他白天在實驗室工作,晚上回到家中自學生物信息學相關內容,拓展研究領域?!澳菚r,我經常發愁,整晚睡不著?!彼f。

                              但轉折很快到來,快速掌握生物信息學知識讓田志喜很快找到了正確的研究方向,接連產出多項重要成果。2010年9月20日,田志喜清楚地記得這個日子,他回國接受遺傳發育所的考核答辯。半年后,他回到遺傳發育所任職,開始了獨立探索的科研生涯,完成了自己的第二次跨越。

                              但回來以后研究什么,成了困擾當時田志喜的大問題?!八?、玉米當時都考慮過,反而是大豆以前接觸的比較少?!彼t遲難下決心,反復與學界好友、遺傳發育所領導等交流探討。

                              憑借著對大豆重要性的初步認識,田志喜決定挑戰一下?!拔覀儑颐磕暌M口那么多大豆,能否實現自給自足呢?”他回憶道。

                              田志喜給自己定下了目標,先扎扎實實做5年基礎研究。4年后的2015年,田志喜因在大豆領域取得的突出成果,獲得“國家杰出青年基金”資助。他愈發相信,選擇大豆是正確的,而他也實現了自己的三次跨越。

                              做中國的大豆基因組平臺

                              在田志喜實驗室最中間的一根柱子上,寫著一句話:為中華大豆之崛起而奮斗。這是田志喜給自己和實驗室團隊成員立下的目標。

                              田志喜最初的想法是在5年基礎研究結束后,全力以赴攻關大豆固氮。本科時,他就比較關注這方面,“這是那種一想到就會讓科學家感到興奮的研究”。但隨著對大豆了解得愈加深入,田志喜愈發覺得作為大豆科研人員的壓力與責任?!拔覈拇蠖宫F狀不容樂觀,還是想做一些能直接解決現實問題的研究?!彼f。

                              田志喜介紹,小麥、水稻等都是經歷了“綠色革命”的糧食作物,產量在過去一段時期內得到了大幅提升。但大豆并未經歷這個過程,其產量在過去幾十年中沒有大幅增長。而我國的情況則尤為嚴峻,大豆對外依存度超80%,只有不足20%的大豆產自國內。

                              田志喜心里清楚,要提升國內大豆的總體產量,首先要在基礎研究上下功夫?!拔覈蠖蛊骄€產僅為130公斤左右,而世界主要大豆生產國平均畝產已可達220公斤,差距還是比較大的?!彼治?,導致這種現狀的原因,除了有限的自然地理條件外,育種水平不足也是一大短板。

                              結合此前學習過的基因組學的相關知識,田志喜意識到這其中還有許多工作可做。此前在植物界,一直沒能找到一個可以全面地將不同個體的基因組整合到一起的方式,而關于大豆基因組的相關內容則更是少之又少。田志喜想試一試,他想做一個中國的大豆基因組平臺。

                              田志喜聯合多位科研工作者,對來自世界大豆主產國的2898個大豆種質材料進行了深度重測序和群體結構分析,從中挑選出了26個最具代表性的大豆種質材料,并以我國自主培育的“中黃13”等大豆品種為基礎,對其進行高質量的基因組從頭組裝和精確注釋。同時,他們借鑒人類基因組相關研究的工具及方法,最終成功構建出了大豆圖形結構泛基因組分析,這是全球首次在植物中實現基于圖形結構基因組的構建。2020年6月17日,該成果在線發表于《細胞》,審稿人毫不吝嗇地稱其為“基因組學的里程碑工作”。

                              但田志喜還有更多的期待,他希望這個平臺以后能為更多的科研工作者服務?!皞€人的力量終歸是有限的,希望這個平臺能作為一個基礎,催生出更多的科研成果?!彼f。

                              會種地、持“家”的科學家

                              從事農作物研究,獲取研究材料是關鍵的一步,因此田志喜每年都要親手種下他的研究對象。

                              田志喜有一套專門干農活的“裝備”——迷彩服、膠鞋,各種農具他使用起來,很是得心應手。田志喜說,自己在地里時就是一個地道的農民。

                              不過,這位“種地老手”仍忘不了剛回國種大豆時的尷尬。那時,田志喜的實驗室剛剛建立,加上他自己只有4個人,團隊研究從最基本的種大豆開始。

                              第一次,100份種子撒下去,田志喜非常期待。結果一段時間過去,遲遲不見種子萌芽。田志喜陷入了焦慮,“睡不著,凌晨4點就起來,想去看大豆怎么樣了”。最后,第一批種下的100份種子僅收獲了約2/3?!澳菚r別人都說,一看長得不行的地就知道是田老師的?!碧镏鞠沧猿暗?。

                              但田志喜不甘心,反復找原因,旁人提醒他:“不同地區的土質松軟程度不一樣,一個坑有時要多放幾粒種子,形成合力才更容易沖破土壤萌發?!?/p>

                              如今,田志喜的團隊已擴充至二十余人,但他仍沒事就往地里跑。而他的目標也更大了,他要在鹽堿地里種大豆?!爸皹O少有人做大豆的抗鹽堿研究,但要想進一步提高國內大豆的總產量,就必須開發鹽堿地?!彼f。

                              第一次試種結果同樣是慘不忍睹,但他很快就找到了辦法?!拔覀兘梃b了在鹽堿地里種棉花的經驗——鋪地膜,這樣就可以有效減少水分蒸發、降低土壤的含鹽率?!碧镏鞠策€請了當地一位村民幫忙進行日常打理,并特意叮囑道“不用額外澆水,自然條件是什么樣就保持什么樣”。村民意識到,這位大豆專家是真的想做成事,并因此對試驗田的管理格外用心。

                              如今,田志喜的課題組在山東省東營市共有100畝的試驗田,每年能試種大約3000份種子,其最新畝產已達到226公斤。但田志喜很清楚,幾次試種成功并不能代表什么,想實現大規模推廣,需要更加長期的研究、試種,他還有很多工作要做。

                              在田志喜課題組的網站主頁上,寫著一句 Welcome To SWEET HOME。SWEET HOME是他給自己實驗室取的別稱,sweet(甜)暗合了他的姓氏,home則是他希望實驗室能像家庭一樣溫馨、和諧。同時,這9個英文字母,也是他為實驗室定下的9條原則的英文首字母縮寫,分別代表著安全、熱心、熱情、效率、團隊精神、誠實、開放、謙遜、享受。

                              “籌建實驗室的前3個月沒干別的,一直在想這個?!币驗樗嘈?,文化與價值觀念能夠對人產生更加深遠的影響。而團隊也要像種子一樣,依靠著共同的價值觀念,形成合力才能突破重重困難,最終取得豐收。

                            (原載于《科技日報》 2021-12-27 05版)

                            打印 責任編輯:閻芳
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