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任勃:匠心独运的植物遗传研究

来源:《中国高新科技》期刊社    时间:2021-01-15    

  原标题:

  中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员任勃:匠心独运的植物遗传研究

  基因是支持生命的基本单元,生物体的一切生老病死遗传等都与基因有关。而转基因,就是人为地改变生物原有的基因序列,从而制作出新的基因。通俗点讲,就是在一种作物的基因里加入人们认为有利的基因,移除不好的基因,从而得到品质更好的作物。

  利用转基因技术对人体或者动物进行基因的编辑目前是绝对被禁止的,但是对农作物等植物,却没有这个顾虑。早在1983年,世界首例转基因植物——抗病毒转基因烟草就在华盛顿大学培育成功;1994年美国Calgene公司培育出的延熟保鲜转基因番茄,成为第一例被美国政府批准上市的转基因作物;1996年,美国最早开始商业化生产和销售转基因作物,包括大豆、玉米、油菜、土豆和番茄,1997年开始大规模推广种植,到现在已经有20余年。来自中国科学院遗传与发育生物学研究所的任勃研究员,在植物分子生物学和遗传学领域具有丰富的科研经验,坚持不懈为科研,勇往直前攀高峰。

  工匠精神为科研
  “知者创物,巧者述之守之,世谓之工。百工之事,皆圣人之作也。”任勃认为弘扬和延续“工匠精神”是一名科研工作者的担当与责任。无论是在中国科学院遗传与发育生物学研究所攻读博士学位,还是从事研究工作,一直秉承着工匠精神的信念,潜心科研,为梦助力。

  “精华在笔端,咫尺匠心难。工匠精神的核心是匠心。匠心决定了我们处理问题时所展现的决心与意愿。”在科研中,遇到的困难是数不清的,在这些困难中如果意志不够坚定,就很难走到最后获得成功。而意志坚定的任勃从来没有忘记自己的初心,即使遇到困难他也会努力克服,与团队成员合作找到解决办法。他在美国普渡大学农学系做博士后研究期间,主要从事大豆根瘤发生的调控机理方面的研究。在大豆研究中,转基因始终是瓶颈问题。

  但任勃从来没有放弃,他查阅资料无数次进行试验,改良方法,最后功夫不负有心人,以大豆为模式材料,他建立起了高效成熟的毛状根转化体系,在研究根系表型和结瘤方面基本解决了大豆转基因困难的瓶颈。该方法用来研究大豆的根发育和结瘤过程,具有快速和低成本的优点。在研究大豆结瘤的过程中,发现来源于根瘤菌tRNA的小RNA片段能够利用宿主的AGO1介导的RNA干涉机制来抑制大豆结瘤相关基因的表达,通过调控大豆根毛的发育,进而影响根瘤的发生。这一研究揭示了一种细菌来源的小RNA介导的原核-真核生物互作的新机制,为深入研究豆科植物结瘤的机理和提高生物固氮效率提供了新思路。Science和PNAS杂志发表专文对该研究成果进行了高度评价,此项成果也被普渡大学列为4项年度重大成果之一,为普渡大学建校150周年大庆献礼。

  纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行,我们要在实践中磨炼匠技。在科研中,只有努力实践,才能了解实验走向,从而判断出是否能得到最终的成果,因为实践是检验真理的唯一标准。在这一方面,任勃秉承信念,在攻读博士学位期间,他的研究课题是通过过量表达标签蛋白融合基因,全基因组范围内研究细胞分裂素信号途径中负调节因子A型ARR的功能。由于A型ARR功能冗余严重,他只能通过构建其基因家族全部12个成员的过量表达植物来研究其在拟南芥生长发育过程中的功能。

  通过大量实验,任勃终于发现,在不同的生理过程中,即使是亲缘关系最近的基因对之间也存在特异性的功能分化。并且不同的ARR蛋白受到细胞分裂素和26S蛋白酶体途径等不同机制调控。获得博士学位之后,任勃在中科院遗传发育所担任助理研究员,继续从事细胞分裂素调控根发育的研究。在实验中,他发现了一个高度保守的拟南芥看家基因真核翻译起始因子FBR12的突变会造成根中木质部发育异常。

  研究表明FBR12与细胞分裂素途径中的受体CRE1和磷酸传递蛋白AHP存在遗传互作。FBR12、CRE1和AHP1能够形成一个受细胞分裂素调控的蛋白复合体,并通过调控下游基因AHP6来控制拟南芥根中的木质部发育。该研究鉴定到了一个细胞分裂素途径中新的关键组分。通过进一步的深入研究发现,FBR12还是一个重要的桥梁蛋白,能够介导脱落酸途径中的关键组分ABI5和一个核基质蛋白CRWN3的互作,从而调控拟南芥种子的萌发。ABI5蛋白与CRWN3蛋白共定位于核体中,而ABI5在核体中被降解。该研究揭示了拟南芥中高度保守的看家基因翻译起始因子在脱落酸介导的种子萌发过程中的新功能。“科学研究是一门精细的技术活,要脚踏实地、精益求精。”任勃说,他将继续践行“工匠精神”,认真科研,主动担当作为。

 

不负科研使命,传承工匠精神

  在“创新为要”的背景下,这个“创”,离不开的就是科研人员和蕴藏于其身上的“工匠精神”。“传承工匠精神要久久为功。”在任勃看来,传承和培育工匠精神,基础在于培育科技人才。

  目前,任职于遗传与发育生物学研究所的任勃,将重点放在了团队建设上,希望将工匠精神传递给同路人,携手共进,为科研创新贡献力量。中科院遗传发育所科研实力雄厚,具有优秀的科研团队和先进的研究平台,拥有3个国家重点实验室,在国际科研领域拥有重大影响力。良好的科研环境和氛围为任勃迅速筹建实验室和顺利开展科研工作奠定了坚实的基础。筹建过程中,任勃在选择实验室人员的研究背景方面注重多领域相结合,着眼于在团队内部培养能够独立承担科学探索的科研人员,提高团队的整体科研能力,为今后研究储备人才。

  生物固氮是指原核固氮微生物将游离态氮转化为植物可吸收的氨态氮的过程,作为自然界中最重要的基础生物反应之一,一直是科学研究的热点和难点。任勃未来的工作计划将集中在大豆根瘤生物固氮的分子机理研究:利用遗传学和高通量组学的方法筛选大豆调控结瘤的新组分;系统解析植物激素调控大豆结瘤和生物固氮的分子机理,构建结瘤调控网络;探索对非固氮作物的固氮改造。工匠精神往往意味着吃苦的决心、刻苦的努力、艰苦的付出,正如任勃所说,岁月是一张滤网,不忘初心努力前行就一定会有所收获。

  撰稿:徐 飞

  转自《中国高新科技》杂志2020年第15期

  (转载请注明来源)

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