金鳳

董莎萌

站在貴州省貴陽(yáng)市息烽縣南撟村的馬鈴薯田中，眼前的一幕讓董莎萌心疼不已：田間大片馬鈴薯葉子和莖桿上布滿了病斑，已經(jīng)接近枯萎?！疤珣K了，這是馬鈴薯晚疫病，2000畝的馬鈴薯可能顆粒無(wú)收?！?/p>

董莎萌是南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院的教授，為了緩解疫情，他帶著學(xué)生連夜對(duì)患病馬鈴薯進(jìn)行采樣分析。

一個(gè)月后，董莎萌和他的團(tuán)隊(duì)破解了致病菌的基因組，并篩選出抗病性好的馬鈴薯品種，推薦給當(dāng)?shù)厝??！懊髂?，那里的農(nóng)民就可以種這些抗病品種了。”董莎萌說(shuō)。

追著疫情跑

在董莎萌的辦公室，常年備著戶外鞋、沖鋒衣、GPS定位儀和大量的采樣袋。一旦聽(tīng)說(shuō)哪里有晚疫病疫情，他背起背包，說(shuō)走就走?！拔覀冓s病害，拖拖拉拉就會(huì)錯(cuò)過(guò)最佳采樣時(shí)機(jī)?！?/p>

董莎萌像一位植保界的外科醫(yī)生，在全國(guó)的馬鈴薯晚疫病疫區(qū)追著疫情跑。并不是所有的致病菌破解都有貴陽(yáng)這樣的好運(yùn)氣。2008年我國(guó)西南地區(qū)的馬鈴薯晚疫病大爆發(fā)，專家們至今還不知道病原菌長(zhǎng)什么樣，為什么會(huì)大爆發(fā)，所以沒(méi)法有針對(duì)性地防控。

準(zhǔn)備與晚疫病打一輩子交道的董莎萌，當(dāng)年是誤打誤撞進(jìn)入這一行的。高考那年，他被調(diào)劑進(jìn)南京農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)專業(yè)。陰差陽(yáng)錯(cuò)的選擇，終于讓他在4年后看到了價(jià)值。

董莎萌至今記得，大四在南江浦農(nóng)場(chǎng)田間實(shí)習(xí)看到的震撼場(chǎng)面，不打農(nóng)藥的農(nóng)作物一個(gè)晚上就被害蟲(chóng)吃得精光，“以前覺(jué)得農(nóng)民打農(nóng)藥，是貪心，想提高產(chǎn)量，但不打藥糧食就顆粒無(wú)收，怎么辦？”

植物受害的慘狀深深戳中董莎萌，他選擇繼續(xù)深造。他在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)碩博連讀后，又赴英國(guó)、加拿大等國(guó)的科研院所留學(xué)，研究植物微生物。

中國(guó)的馬鈴薯產(chǎn)量世界第一，國(guó)家推行了馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，而晚疫病是馬鈴薯的頭號(hào)病害，如果弄清晚疫病流行與發(fā)病的規(guī)律，就可以少打農(nóng)藥，指導(dǎo)農(nóng)民精準(zhǔn)選育，豐產(chǎn)豐收。

2014年，董莎萌回國(guó)發(fā)展，在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)組建“作物疫病基因組學(xué)”實(shí)驗(yàn)室，推動(dòng)我國(guó)晚疫病監(jiān)控實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)分子標(biāo)記到全基因組水平，再到表觀基因組水平。

生物研究跨界大數(shù)據(jù)

在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)理科樓的一間實(shí)驗(yàn)室里，董莎萌小心翼翼地取出一盒培養(yǎng)皿，里面保存著2008年西南地區(qū)爆發(fā)馬鈴薯晚疫病疫情時(shí)的菌株，那是他歷經(jīng)4年，輾轉(zhuǎn)30多家機(jī)構(gòu)后，去年才在貴州農(nóng)科院植保所的協(xié)助下找到的。他一直沒(méi)有放棄破解它。

2015年，他集成了晚疫病基因組大數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，這款系統(tǒng)的圖像分辨率可以提高100萬(wàn)倍。以往國(guó)內(nèi)外科研人員分析晚疫病菌DNA時(shí)，只能以二維視角監(jiān)測(cè)基因序列是否有變異，但DNA是立體的，每一個(gè)序列在不同角度看會(huì)有差異。這款系統(tǒng)的成像技術(shù)高了，可以看得更細(xì)致、完整了，就能捕捉晚疫病菌DNA序列中細(xì)微的結(jié)構(gòu)差別。

董莎萌透露，利用該技術(shù)，他最近在湖南、河北采集的菌株樣本中，發(fā)現(xiàn)了晚疫病的“超級(jí)菌株”。這些菌株能克服普通馬鈴薯上的幾乎所有抗病基因，令當(dāng)?shù)氐鸟R鈴薯沒(méi)有招架之力?！斑@意味著，一旦條件成熟，當(dāng)?shù)丶爸苓叺貐^(qū)就有晚疫病大爆發(fā)的可能?！倍皶r(shí)發(fā)現(xiàn)這一情況，就搶占了先機(jī)。

研究跨越生物學(xué)和計(jì)算科學(xué)兩個(gè)領(lǐng)域，曾一度讓董莎萌非常痛苦?！按髷?shù)據(jù)的產(chǎn)生不是問(wèn)題，關(guān)鍵是分析很難，團(tuán)隊(duì)都是做生物研究的，不懂大數(shù)據(jù)算法?！?/p>

此外，每個(gè)晚疫病菌株的DNA序列有幾百萬(wàn)字節(jié)的數(shù)據(jù)，加上后面的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，病菌變異速度快，田間變異種類多，所以病害發(fā)生的模擬和預(yù)測(cè)也需要大數(shù)據(jù)處理，這要求計(jì)算機(jī)的容量必須很大。

董莎萌一邊自學(xué)編程、算法，一邊四處寫(xiě)信給專家、同行求助。關(guān)鍵時(shí)刻，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)的超級(jí)計(jì)算機(jī)，為董莎萌提供了大力支持。他在劍橋大學(xué)和帝國(guó)理工大學(xué)的同門(mén)師兄弟們也分享了算法的經(jīng)驗(yàn)?！皞鹘y(tǒng)計(jì)算機(jī)20多天才能完成的晚疫病致病型數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)在2天就能分析出來(lái)?！?h3>防治馬鈴薯“癌癥”

董莎萌在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)搭建了馬鈴薯晚疫病卵菌菌株資源庫(kù)。這里保存著450多份具有代表性的菌株，是董莎萌所在的研究團(tuán)隊(duì)用12年的時(shí)間收集來(lái)的。菌株有的來(lái)自英國(guó)、荷蘭、法國(guó)，有的來(lái)自我國(guó)馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)的黑龍江、內(nèi)蒙古、福建、安徽、貴州、重慶等地。而不同的年代、地域標(biāo)簽背后，都潛藏著一段災(zāi)荒記憶或隱患。

人類在晚疫病面前，付出了極大代價(jià)。1840年，英國(guó)愛(ài)爾蘭爆發(fā)了大饑荒，150萬(wàn)人餓死，那次饑荒就是由晚疫病造成的。在我國(guó)，馬鈴薯晚疫病常年發(fā)病面積占比近40%，每年損失超70億元，是制約我國(guó)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。

晚疫病田間變異很快，2～4年就會(huì)變異一次，不同地點(diǎn)、不同年份的差異很大，在氣候、土壤、水分等環(huán)境因素作用下，以及物流運(yùn)輸過(guò)程中，病原菌都會(huì)發(fā)生變化，這就給晚疫病致病機(jī)制分析帶來(lái)挑戰(zhàn)。

由于每天做大量實(shí)驗(yàn)，董莎萌的手一刻也停不下來(lái)，他握著一把剪刀比劃著解釋自己的開(kāi)創(chuàng)性研究，“晚疫病侵染馬鈴薯，與癌細(xì)胞侵犯人體很相似，都是變異很快，一旦染病就致命，這啟發(fā)我們借鑒醫(yī)學(xué)當(dāng)中對(duì)癌癥的研究，借用大數(shù)據(jù)手段提取分析晚疫病發(fā)病和變異的關(guān)鍵信息?！?/p>

不能讓疫情歷史重演，是董莎萌研究的初衷。自回國(guó)后，他用現(xiàn)代醫(yī)學(xué)理念改進(jìn)我國(guó)馬鈴薯“癌癥”的防治手段，投身于馬鈴薯晚疫病組學(xué)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，繪制了27張二維的晚疫病菌全基因組圖譜、15張三維的晚疫病菌表觀基因組圖譜，以便更好地給馬鈴薯治病?！?/p>

疫情防控像是一場(chǎng)看不見(jiàn)的戰(zhàn)斗。董莎萌坦陳，做植物保護(hù)是寂寞的，很多研究平時(shí)很難直接彰顯價(jià)值，只有當(dāng)疫情爆發(fā)時(shí)，才顯出意義。董莎萌的電腦桌面上放著一個(gè)PPT文件，每當(dāng)科研受阻時(shí)，他就會(huì)打開(kāi)，重溫其中的一頁(yè)，上面寫(xiě)著：“病蟲(chóng)害抗藥性與新農(nóng)藥的創(chuàng)制，不僅是科學(xué)問(wèn)題，更關(guān)乎國(guó)家和民生需求?！?/p>

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編輯 王冬艷 437408345@qq.com