本刊記者　劉 佳

平常心態(tài)做人 世界水準行研
——記中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所所長楊維才

本刊記者劉 佳

實驗中

2016年，他的團隊對雌雄配子識別分子機制的系列研究取得了具有重大國際影響的突破，首次分離了花粉管識別胚囊雌性吸引信號的受體蛋白復合體并揭示其激活的分子機制。該研究通過基因工程手段建立利用生殖關鍵基因打破生殖隔離的方法，為克服雜交育種中雜交不親和性提供了重要理論依據(jù)，對人類提高農作物產量和品質具有重要的現(xiàn)實意義，被評價為“植物生殖領域的重大突破”。

2015年，他與賈鵬飛為向導師鄭國锠院士致敬而編著的《鄭國锠細胞生物學》（第三版）正式出版，被認為是我國細胞生物學基礎教材之一。

他是楊維才——中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所（簡稱“遺傳發(fā)育所”）所長，國際擬南芥科學委員會中方成員。長期以來，他投身于植物生殖發(fā)育調控機理研究，在Nature等雜志上發(fā)表論文65篇，主持的“被子植物有性生殖的分子機理研究”獲2013年度國家自然科學獎二等獎，是該領域具有重要國際影響的學者。在科學中國人（2015）年度人物評選中，楊維才因其突出貢獻當選為生命科學領域年度人物。而只有走近，才會發(fā)現(xiàn)，與成績相比，更令人敬佩的是他的一顆純粹的赤子之心。

走得再遠，初心仍是歸來

“第一次接觸生殖發(fā)育研究，是在蘭州大學跟隨鄭國锠先生讀碩士的時候?！睏罹S才回憶道。與剛入大學時的懵懂不同，到碩士期間，他開始研習雌配子體超微結構等細胞生物學的相關研究，每天會泡在實驗室里做切片，進行電鏡觀察，實驗臺上所展示的那個世界激發(fā)了他對于科學的興趣。這興趣，在他心底扎根，經過數(shù)年學習的滋養(yǎng)，茁壯成長，漸成參天之勢。

1990年年初，楊維才通過了中歐聯(lián)合培養(yǎng)博士項目的考核，前往荷蘭瓦格寧根大學攻讀博士學位，師從Ab van Kammen教授和Ton Bisseling教授，主修分子生物學。

20世紀80年代末的中國，對分子生物學的認知，多停留在書本的介紹上。但有了細胞生物學的基礎，楊維才在根瘤與固氮研究上上手很快?！拔易x碩士的時候，鄭國锠先生正在編寫國內第一本細胞生物學著作，對我們要求很嚴，每年要看150篇英文文獻。經過大量的訓練后，我對荷蘭的科研生活適應得非常好。”

盡管如此，隨著研究的深入，他還是發(fā)現(xiàn)在豆科植物里做基因克隆等研究非常困難，而國際上在這方面的相關遺傳學研究也不多。他決心解決這些困難，并了解到一個被稱為世界生命科學圣地與分子生物學搖籃的研究機構——美國冷泉港實驗室，有可能實現(xiàn)他的目標。他的執(zhí)著追求打動了導師。在導師的鼓勵下，1996年1月，楊維才結束了荷蘭的博士后工作，飛往紐約，師從Sundaresan Venkatesan。而他的研究對象也從豆科植物轉向模式植物擬南芥。

“這就是擬南芥，開花結果之后可以結幾千粒種子，平均每個果莢里都有50多粒。用它來做生殖發(fā)育以及遺傳實驗非常方便。”說到擬南芥，楊維才指著旁邊的一株植物，開始給記者講解。當時，擬南芥作為模式生物已經十多年了，但生殖過程研究比較冷僻。楊維才早期在鄭先生麾下研究生殖發(fā)育的興趣得以借助該模式生物而體現(xiàn)，并樂享其中。

到冷泉港不久，Venkatesan前往新加坡剛成立的分子農業(yè)生物學研究所擔任所長，楊維才也跟著一起到了新加坡，繼續(xù)博士后研究。2000年8月，分子農業(yè)生物學研究所的一部分合并到其他單位，剩下的一部分成立為淡馬錫生命科學研究所，楊維才在這個研究所擔任棉花生物技術和生殖生物學實驗室主任（PI），帶領課題組開展獨立科研。

此時恰逢許智宏院士主持的第一屆全國植物發(fā)育生物學大會在廬山舉行。楊維才也回國參會了。在廬山，他遇到了蘭州大學校友薛勇彪（時任發(fā)育生物學研究所所長助理）。薛勇彪與他一見如故，并邀請他回國。

回到新加坡，楊維才收到了發(fā)育生物學研究所寄來的申請表?！?0月遞上去，12月就批下來了”，出乎意料的速度讓楊維才都驚訝了。隨后，就是遺傳發(fā)育所的整合期。從2001年到2003年，原中國科學院遺傳研究所、發(fā)育生物學研究所及石家莊農業(yè)現(xiàn)代化研究所逐漸走到一起，挑起了“遺傳發(fā)育所”的大旗。也是在2003年，楊維才辭去淡馬錫生命科學研究所的工作，正式舉家遷回北京。

遺傳發(fā)育所位于朝陽區(qū)北辰西路，北四環(huán)與北五環(huán)之間的奧運村南側。13年前，楊維才剛剛抵達時，那一帶的建設尚未崛起，一眼望去，很是荒蕪?！懊嬖嚨臅r候剛好遇到SARS，還被隔離了兩個星期，印象特別深刻?！奔词故恰胺浅！睍r期，也沒有擋住他回來的決定。

指導學生實驗

做一流的研究

研究了這么多年，對于植物生殖生物學的發(fā)展，楊維才心里自有一本賬。早在蘭州大學讀本科時，楊維才就讀過我國著名植物胚胎學專家胡適宜編著的《被子植物胚胎學》一書?！皞鹘y(tǒng)的生殖生物學，主要是做結構等方面的研究。以胡適宜先生等為代表的老一輩科學家，在這方面做了很多工作，也做得很好?！?/p>

到上世紀80年代，我國開始將生殖細胞分離出來進行體外受精研究，武漢大學楊弘遠院士就是植物有性生殖實驗研究的佼佼者。但受限于植物生殖細胞是單倍體的客觀狀況，隨后一段時間內，我國在相關的遺傳學研究上進展緩慢，直到T-DNA和轉座子技術的出現(xiàn)。其中，T-DNA可以插入到基因組中產生突變，與物理和化學誘變方法相比，T-DNA通常帶有選擇標記，更容易對突變進行追蹤，并對其分離鑒定。轉座子（轉座因子）的原理與之類似。當一段DNA順序從原位上復制或斷裂下來，插入到基因組的另一位點，并對其后的基因起到調控作用，就被稱之為轉座。這段DNA序列則被稱為轉座子。“轉座子突變的效率更高，對生殖發(fā)育和遺傳學的研究起到了非常大的推動作用，是冷泉港實驗室最先在擬南芥中應用的。我剛好趕上了那個時期，及時介入到這個領域?！睏罹S才說。但在他看來，90年代中期至今才是植物生殖學發(fā)展的黃金時期。隨著科技的發(fā)展，當初的“猜測”都走在被證實的路上。比如，科學家們曾發(fā)現(xiàn)，因為不具備動物精子的游動能力，被子植物中胚囊會分泌信號分子引導花粉管定向生長，花粉管將精子細胞運送到胚囊里，進而和包裹在胚囊內的卵細胞結合。

“就像擬南芥”，楊維才開始舉例，在擬南芥中，花藥和雌蕊是分開的，花粉由雄蕊中的花藥構成，它們會通過各種方法到達雌蕊，使胚珠受精。至于其到達過程，幾十年來，科學家都在猜測雌配子體中有信號在吸引著花粉管的生長。直到2005年，日本科學家在研究中，從藍豬兒草和擬南芥兩種植物胚囊中分離出一種小的分泌蛋白，稱為LURE，可以對花粉管的生長起到導向作用?！拔覀儗@個過程也十分感興趣”，他說，雖然已經發(fā)現(xiàn)了吸引信號，但花粉管對吸引信號的響應機制究竟是什么還不得而知，他希望能夠分離到花粉管識別雌性吸引信號的受體?！拔覀兊姆椒ê腿毡究茖W家不同，他們采用生物化學方法，我們是將生化、遺傳、分子生物學等相關方法都融合在一起去探索。但是一開始，我們分離到的并不是這個受體?！?/p>

2011年9月，Plant Cell雜志在線發(fā)表了一項成果，文中稱楊維才團隊首次發(fā)現(xiàn)了一個控制花粉管響應的因子，命名為POD1。這一工作表明，內質網(wǎng)蛋白在控制植物細胞—細胞間相互作用過程中可能是一個關鍵的控制節(jié)點。“這項工作是由李紅菊博士完成的，是我們通過遺傳方法找到的第一個控制花粉管響應的因子?！睏罹S才介紹。這項工作首次揭示了內質網(wǎng)蛋白在花粉管響應過程中的關鍵作用，并為下一步分離其它控制花粉管響應的因子提供了新的切入點。但遺憾的是，這并不是他們的終極目標，而只是位于目標調控上游的一個環(huán)節(jié)。

“內質網(wǎng)是一個質量控制部門，能夠控制富含亮氨酸重復的受體類膜蛋白的折疊，如果這個蛋白沒有折疊好，會被強制退回反復折疊，直到達到要求才被允許分泌到細胞表面?！睏罹S才認為，這些膜蛋白中很可能就有他們要找的受體。可是，花粉管上到底有多少類似的東西？不“看”不知道，一“看”之下，竟然發(fā)現(xiàn)了40多個。“簡直就是一個大家族在上面，于是我們開始找到底哪一個才是我們的目標。”他們以擬南芥為模式生物，通過反向遺傳學等手段，最終在花粉管中篩選到了兩個膜表面受體蛋白激酶——MIK和MDIS1，參與花粉管對胚囊信號分子的響應。一系列的生化和細胞生物學實驗結果顯示，這兩個受體蛋白激酶共同接受胚囊的信號，并啟動花粉管的定向生長。更重要的是，他們通過轉基因手段把其中的一個信號受體導入另一種植物薺菜中，并和擬南芥進行雜交實驗，發(fā)現(xiàn)，轉基因薺菜的花粉管識別擬南芥胚囊的效率大大提高了。

“能夠找到它們，非常高興?！睏罹S才很樸素地描述當時的心情。當這一工作發(fā)表在Nature雜志時，已經到了2016年2月，時間又過去了5年。他們的發(fā)現(xiàn)，是中國科學家首次分離到了花粉管識別雌性吸引信號的受體蛋白復合體，并揭示了信號識別和激活的分子機制，被認為是植物生殖領域的重大突破。一直以來，雜交育種都是人類提高農作物產量和品質的主要技術。雜交障礙的主要原因之一就是雌雄配子體的有效識別。楊維才課題組通過基因工程手段建立了利用生殖關鍵基因打破部分生殖隔離的方法，為克服雜交育種中雜交不親和性提供了重要的理論依據(jù)。

“除了常規(guī)細胞以外，其實還有另外的細胞也參與了調控過程，比如中央細胞?！睏罹S才課題組早在2007年就首次發(fā)現(xiàn)了胚囊中央細胞在花粉管導向中的關鍵作用，打破了人們認為只有助細胞負責吸引花粉管的觀點。在此基礎上，李紅菊和朱杉杉等人通過生化和分子遺傳學等方法找到了一個新的基因CBP1，其突變會導致胚囊不能吸引花粉管，不能受精，并最終提出了花粉管吸引信號產生的非自主調控假說。新成果發(fā)表在2015年Plant Cell雜志上。

從一開始，楊維才就站在國際前沿做研究，他們的成果也始終與世界水平保持著一致，中央細胞、植物雌雄識別分子機制等甚至還領先一步。但他的話題中卻極少提及贊譽，即使談到國家自然科學獎二等獎獲獎項目“被子植物有性生殖的分子機理研究”，他也表示：“這個項目中，除了被子植物花粉管導向的分子機理研究，還包括生殖細胞發(fā)育的分子遺傳調控機理和早期胚胎發(fā)育的分子調控機理。能夠獲獎，一是代表了我國在這方面已經具有一定的水平；二是同行對我們工作的認可?！痹谒壑校@只是對回國后十年工作的一個總結，而如今他和課題組所做的，也不過是對未來工作的一個鋪陳。做科研，做一流科研，平常心當如此。

建設特立獨行的平臺

2003年，楊維才回國時，遺傳發(fā)育所剛剛完成合并調整，正值建設期。經過十幾年的發(fā)展，遺傳發(fā)育所早已不是當日的吳下阿蒙?！八彩菑男〉酱蟀l(fā)展起來的。我剛回來的時候，所里只有30個課題組，現(xiàn)在早已經翻了番，人才也聚集了一大批?！?/p>

楊維才團隊合影

的確，目前的遺傳發(fā)育所已經有81個創(chuàng)新研究組，擁有500多名職工。以中國科學院院士李振聲、李家洋、曹曉風為首，遺傳發(fā)育所麾下尚有國家“千人計劃”3人，“青年千人計劃”5人，中科院“百人計劃”52人，“973”等國家重大項目首席科學家18人，“國家杰出青年科學基金”獲得者32人，國家基金委“創(chuàng)新研究群體”5個。其中，李振聲曾獲得國家最高科學技術獎，李家洋當選美國、英國、德國等多個國家科學院外籍院（會）士，戴建武被評為“CCTV 2014年度科技創(chuàng)新人物”，高彩霞2016年被授予Nature“中國科學之星”等，可謂是人才薈萃。

用楊維才的話說，80多個課題組匯集起來的力量是巨大的。他們的研究領域交叉融合在一起，揭示出水稻、小麥等基因組表達調控規(guī)律、闡明了細胞分化的分子機制和建立新的品種設計理論與技術體系，為解決遺傳與發(fā)育生物學領域重大科學和技術問題做出了杰出的貢獻。僅2016年度，研究所就爭取主持國家重點研發(fā)項目7項。多項成果入選“中國科學十大進展”和“中國科技十大進展”，包括最近的“小麥A基因組測序”（2013年）和“闡明獨腳金內酯調控水稻分蘗和株型的信號途徑”（2014年）。

“我們的文化就是相互支持?！睏罹S才說道，每當有新人外出答辯或報告，都不是一個人在“戰(zhàn)斗”，“家里”的專家們會集體討論給他建議。在遺傳發(fā)育所，一個人出去，往往都有一個團隊在后面支撐?！斑@樣青年人才的成長會比較快?！彼匀欢坏赜谩凹摇眮硇稳葸@個大集體。

從李家洋院士擔任所長開始，遺傳發(fā)育所就在走一條特立獨行的路?！拔一貒臅r候，研究所就已經在做每5年一次的國際評估了，我們是中國最早執(zhí)行國際評估的研究所?！睏罹S才說。在這里，所謂的內部考核僅僅是一個參考，研究所更看重研究者們的成果在國內外同行中的口碑，研究者們可以專心致志地沿著自己的研究計劃向前走。而從2006年起，就連研究生們都不再被硬性要求發(fā)論文才能畢業(yè)?！霸谶@一點上，我們也是全國唯一的單位，當時頂著很大的壓力，但通過十年的實踐證明，這對研究所的發(fā)展是很重要的。”作為現(xiàn)任所長，楊維才介紹說，取消發(fā)表論文才能畢業(yè)的要求，不是降低研究生培養(yǎng)標準。“一個大的工作常常要5年，甚至10年才能做出來。

從數(shù)量到質量，對遺傳發(fā)育所來說，是在走一條跨越發(fā)展的道路。到目前，研究所已經有遺傳學、發(fā)育生物學、細胞生物學、神經生物學等6個理學碩士、博士學位培養(yǎng)點，植物營養(yǎng)學和作物遺傳育種兩個農學專業(yè)的碩士學位培養(yǎng)點以及生物工程一個專業(yè)學位碩士培養(yǎng)點，以及博士后流動站。在讀研究生近700余名。這么多學生要成長，他們在培養(yǎng)環(huán)節(jié)花了很多功夫，“比如平時會有報告和討論，指導委員會也會進行嚴格的中期考核”。研究所對于在國際期刊發(fā)表文章并沒有額外獎勵，在楊維才為代表的研究者們看來，發(fā)表文章是研究本身的一個階段，而每當課題組發(fā)表一篇對領域有國際影響的文章，所提升的不僅是研究所的地位，還有個人的學術影響力。至于評估，“我們看重的是更高層次的目標，比如你達到了杰青的要求，或者有什么國際影響力，都會得到我們的認可”?！斑@些標準，我們會一直堅持下去?！?/p>

指導學生實驗

十幾年來，楊維才見證著遺傳發(fā)育所的成長，也在這個平臺上取得了豐碩的成績。從中科院百人計劃項目到農業(yè)部、科技部重大科技專項，從“973”“國家重點研發(fā)計劃”，到國家自然科學基金委支持的重點項目、杰青項目、創(chuàng)新群體項目等，他的科研日程表安排的滿滿當當。目前，他所主持的“973”項目“雌雄配子體識別的分子遺傳機理”等還在進行中，他希望能夠在該研究領域繼續(xù)領先?！拔覀儗硪环矫嬉晟葡掠蔚难芯?，一方面要做些新的東西”，他表示，“只有思想比別人領先，工作才能走得更遠。”

不知不覺中，楊維才擔任遺傳發(fā)育所所長已經兩年有余。從“十二五”到“十三五”，我國提出了到2020年進入創(chuàng)新型國家行列、2030年躋身創(chuàng)新型國家前列、到2050年建成世界科技創(chuàng)新強國“三步走”目標。中科院“率先行動”也在如火如荼地進行。對遺傳發(fā)育所來說，積極響應國家號召，推進改革和創(chuàng)新是未來必須面對的挑戰(zhàn)?！艾F(xiàn)在處于改革階段，很多新的工作要做，比如鼓勵研究員做成果轉化工作等，需要不斷地學習了解。”處在新的風口上，楊維才也愈發(fā)繁忙，實驗室內部管理、學術交流、所里的行政工作等，都被他視為責任和義務，希望能更盡可能多地為遺傳發(fā)育所的明天貢獻更多的力量。