“謝老師一直就是一個很nice的導師。”在北京奧運村一間從實驗室里辟出的導師辦公室內(nèi)，博士后史佳陽對《中國科學報》說。
“說（我）好沒用，做錯事兒我照罵。”“毒舌”導師謝旗道。
2月13日，中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所研究員謝旗和博士后史佳陽耗時6年，對戰(zhàn)寄生植物“吸血鬼”的研究發(fā)表在國際頂尖科學期刊《細胞》。在接受《中國科學報》時，師徒二人時不時“斗嘴”，上演一段“雙簧”。
這對師徒從體型到當天的衣著，都十分迥異：“瘦導師”著紅色運動服、藍色運動褲、白底兒黑面兒千層底兒拖鞋，一派休閑；“胖學生”身著灰襯衫、黑西褲，腕上戴著電子表、綠珠串，顯得時髦。從外表上看，兩人唯一的共通點，是都戴著高學歷人士“標配”的眼鏡。不過，師徒相處7年，也形成了自然而不失愜意的交流氛圍。
對62歲的導師謝旗來說，新論文讓他實現(xiàn)了研究生涯中CNS三大頂刊的“大滿貫”；對33歲的學生史佳陽來說，這是他即將走向獨立科研生涯的一塊沉甸甸的“問路石”。
謝旗和史佳陽在接受采訪。馮麗妃攝組團對戰(zhàn)“吸血鬼”
2018年，當時在華中農(nóng)業(yè)大學讀碩士的史佳陽聽說，謝旗在植物與環(huán)境互作領域很厲害，就發(fā)出一封郵件投石問路。收到回函后，他十分激動，經(jīng)過筆試加面試兩輪比拼，最終成為當年七八名競爭者中唯一加入“謝門”的人。
次年，史佳陽就迎來了“雙喜臨門”：頭一喜，課題組從麻雀“挑食”高粱籽粒出發(fā)，開展的作物抗鳥育種研究發(fā)表了，他是共同第一作者；第二喜，他結(jié)婚有了媳婦兒，可以更加安心地搞研究了。
這年秋天，他收到謝旗分派的一項重要研究任務——對戰(zhàn)寄生植物獨腳金。
獨腳金，是中醫(yī)眼里的“寶”，能清熱、消積；也是農(nóng)業(yè)科學家眼里的“魔”，其在拉丁文中意指“類似于吸血鬼的老巫婆”，會吸走寄主作物的營養(yǎng)，使其干枯死亡。
這種“吸血鬼”植物的危害究竟有多大呢？《科學》雜志將其列為世界七大農(nóng)作物危害之一。其與菟絲子、肉蓯蓉和鎖陽等寄生植物一起，每年在全球造成糧食減產(chǎn)，帶來的經(jīng)濟損失高達120億美元。
非洲被獨腳金寄生的高粱。受訪者供圖
據(jù)介紹，獨腳金在我國廣東、廣西、貴州、云南和海南地區(qū)均有分布，目前農(nóng)業(yè)危害較小，但對非洲、亞洲和部分熱帶地區(qū)“一帶一路”沿線國家糧食生產(chǎn)的影響十分顯著。“獨腳金在越貧瘠、越缺磷的土地，長得越快。而磷肥來自磷礦，是不可再生的肥料，隨著全球磷資源面臨枯竭，它將會是未來農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個大問題。”論文通訊作者謝旗對《中國科學報》說。
同時，由于獨腳金的寄生過程極為隱蔽且難以防治，其種子在土壤中可以休眠超過20年。傳統(tǒng)的防治方法如化學藥劑、輪作、土壤改良等效果有限，且成本高昂。而種子一旦萌發(fā)并侵入寄主植物，除草劑也無計可施。
如何對付這種難纏的“吸血鬼”呢？研究團隊希望培育出一種能抗獨腳金寄生的作物品種。
這是一道超級難題。因為獨腳金與寄主植物間已進化出天然的互作關系：一旦它們感受到寄主植物釋放的激素——獨腳金內(nèi)酯，便會迅速萌發(fā)，侵入寄主根部，建立寄生關系。
為了解開這道題，謝旗團隊與中國農(nóng)業(yè)大學、先正達集團中國以及崖州灣國家實驗室等多家單位的科學家組成聯(lián)合團隊。一開始，他們的想法是敲掉合成獨腳金內(nèi)酯的基因。然而，這條路他們走了近兩年，才發(fā)現(xiàn)是個死胡同。因為獨腳金內(nèi)酯有調(diào)控植物分枝生長等重要功能，敲掉相關基因后，植物發(fā)育就會出問題。
他們不得不停下來，思考新的出路：既能讓植物分泌獨腳金內(nèi)酯，又不能讓這種激素分泌到土壤里，從而防止其激活獨腳金。
反復思索后，他們試圖另辟蹊徑，通過低磷誘導高粱外排獨腳金內(nèi)酯，在獨腳金內(nèi)酯滲入土壤時，捕捉其中起關鍵作用的外排基因，然后將其敲除，關閉獨腳金內(nèi)酯外排的“閘門”。這條路走通了——他們找到了兩個起關鍵作用的外排基因，并將其命名為SbSLT1和SbSLT2。
“把這兩個基因敲除后，獨腳金內(nèi)酯向土壤滲透的渠道也就被堵上了，獨腳金的種子失去這種激素就不能萌發(fā)了，從而提高了高粱對獨腳金的抗性。”謝旗解釋說。研究團隊用酵母菌、蛙卵、擬南芥和水培高粱做了驗證，都證明了這一方法的可靠性。
然而，對于農(nóng)業(yè)科學研究來說，實驗室的工作只是第一步，方法行不行，到田里才能見真章。
Cell論文作者。從左到右分別為葛逢勇、史佳陽、謝旗、于菲菲、梅錯。受訪者供圖眾里尋“它”千百度
過田間試驗這道關，尋找獨腳金的種子是最大的挑戰(zhàn)。
獨腳金在我國本就數(shù)量稀少，能真正用于科研和種子繁育的更是鳳毛麟角，而從國外引進此類可能構(gòu)成生物入侵風險的物種，在法律上存在嚴格限制。考慮到獨腳金是一味中藥，史佳陽嘗試到藥店購買，等他費盡周折從細小的包殼中剝離出比米粒還小的種子，卻發(fā)現(xiàn)這些種子在實驗室條件下沒有活性。面對種子稀缺的困境，研究團隊從上至下，發(fā)動了所有能動用的人脈資源，然而，最終找到的能成功萌發(fā)的種子數(shù)量依然寥寥無幾。
連種子都沒有，田間試驗從何談起？
這讓史佳陽深感焦慮，在跟媳婦兒聊起這件事時，他有些情緒低落地道：“找不到種子，論文完不成，怎么畢業(yè)呀！”那時還在中國科學院植物研究所讀博的媳婦兒安慰他：“肯定能找到的，車到山前必有路，你運氣一直不錯！”
不久后，轉(zhuǎn)機果然來了。一天晚上，史佳陽和師弟梅錯在閑聊中，突發(fā)奇想，決定在網(wǎng)上發(fā)帖求助，希望在民間找到種植獨腳金的人。這看似不可能的行為，卻奇跡般地有了回應。在一個貼吧中，他們找到了一名兩年多前發(fā)布過相關信息的網(wǎng)友，盡管對方?jīng)]有留下任何聯(lián)系方式，但他們還是抱著試試看的心態(tài)留言。令人驚喜的是，幾天后，這位網(wǎng)友竟然回復了他們！
一番周折后，史佳陽和團隊終于與這位位于廣東省郁南鄉(xiāng)的獨腳金種植者取得了聯(lián)系。“這位種植者起初也是在野外采集種子，經(jīng)過多年摸索，不僅在家中利用泡沫箱種植獨腳金，甚至開辟了一畝專門的田地。”史佳陽說，這一發(fā)現(xiàn)讓他們興奮不已，迅速將田間試驗從北京轉(zhuǎn)移到了廣東，經(jīng)過連續(xù)兩年的表型試驗，補全了研究所需的關鍵數(shù)據(jù)。
試驗結(jié)果令人振奮：敲除兩個關鍵基因后的高粱品種對獨腳金的抗性顯著增強，寄生率降低了67%～94%，高粱的產(chǎn)量損失減少了49%～52%。
獨腳金的種子。馮麗妃攝進一步研究中，研究團隊通過AI模擬，預測了兩個基因上形成獨腳金內(nèi)酯轉(zhuǎn)運通道的關鍵氨基酸苯丙氨酸位點，發(fā)現(xiàn)該位點在玉米、水稻等重要作物轉(zhuǎn)運通道同源蛋白中都存在。“這說明這種轉(zhuǎn)運機制存在保守性，從而為重要作物抗寄生提供了具有廣泛應用前景的解決方案。”論文共同通訊作者、中國農(nóng)業(yè)大學教授于菲菲說。
圖中左側(cè)顯示了野生型高粱釋放獨腳金內(nèi)酯，觸發(fā)獨腳金的萌發(fā)和感染，導致產(chǎn)量下降。右側(cè)展示了SbSLT1/2 基因敲除的高粱表現(xiàn)出強大的獨腳金抗性。受訪者供圖雛鳳將飛，老鳳細語
史佳陽最終并未因這項研究“延畢”。2023年，他就已經(jīng)憑借其他研究成果順利拿到博士學位。不過，他依然留在課題組繼續(xù)做博士后，希望拿到更好的成績再出站。
2024年4月，研究團隊將耗時5年完成的研究投給《細胞》，論文僅經(jīng)過一輪補充實驗就被接收，并在10個月后發(fā)表。國際審稿人認為，這項研究數(shù)據(jù)翔實，具有重要的理論和應用價值。
中國科學院院士謝道昕評價說，這一成果為高粱的寄生雜草抗性育種提供了重要基因資源，并為其他作物提高寄生抗性指明了道路，是作物抗性分子育種領域的“里程碑式突破”。特別是在非洲，這一成果對于防治獨腳金危害、緩解糧食危機，將具有深遠影響。
回顧走過的路，史佳陽清楚記得邁過的大大小小的坎：水培高粱種子萌發(fā)后根系易污染，團隊一次次優(yōu)化試劑配方解決問題；補充實驗數(shù)據(jù)回復審稿人修改意見時，他曾連續(xù)一周睡在實驗室補充酵母菌實驗。
“不管在哪個領域，想把一件事做好，都不是一件容易的事。科研也是這樣。”史佳陽感慨道。他仍然記得，初次見到謝旗時，后者滿眼血絲。后來他才知道，導師經(jīng)常每天只睡4個小時，從晚上11點到次日凌晨3點，堅持了十幾年。
2007年，44歲的謝旗從模式植物擬南芥轉(zhuǎn)向高粱研究。他拼命追趕時間，致力于將基礎研究成果轉(zhuǎn)化為實際應用，培育出耐鹽堿甜高粱新種質(zhì)，研發(fā)了具有“稻花香”味的高粱、抗鳥吃的高粱、更易脫粒的高粱，以高粱為材料挖掘的作物主效耐堿基因更是入選兩院院士評選的“2023年度中國十大科技進展新聞”。
“別把我說得那么偉大。”“毒舌”導師語氣謙遜地說，“人就是要踏踏實實做事，把手上工作做好。我就是想讓環(huán)境好一點，打的農(nóng)藥、施的化肥少一點，我們的生活變得美一點。”
言傳身教，史佳陽希望博士后出站后，能到河北高校工作，為家鄉(xiāng)的農(nóng)業(yè)發(fā)展出一份力。他也希望，把導師傳授的科研精神、教育理念及為人處世之道，繼續(xù)傳遞給未來的學生。
過去七年實驗室和諧融洽的氛圍，讓史佳陽難以忘懷。“我們師兄弟姐妹經(jīng)常聚餐、唱歌、爬山，到奧森健步走，從不會大的霸凌小的，或者守著自己的技術，大家在科研上交流分享從不吝嗇。”史佳陽說，“謝老師在科研方向選擇上既具有前瞻性，又很民主。他會根據(jù)每個人的特點安排項目，是否與個人的興趣匹配可以自由討論；也會給每個人安排兩到三個項目，可以自己做，也可以大家一起做，增加了團隊內(nèi)部的學習交流。”
采訪接近尾聲時，師徒間輕松愉快的“斗嘴”再次上演。
“謝老師要求比較嚴，田間試驗照片的角度、光線，他不滿意時，就會說‘好丑啊’，要求重拍。”史佳陽說。
“因為細節(jié)決定成敗。”謝旗說。
“其實，謝老師對自己要求更嚴，他自己熬夜，不叫我們熬夜。”史佳陽說。
“沒有好身體，發(fā)再多文章也沒用。再說熬夜效率也不高，還會浪費我的電，浪費納稅人的錢。我鼓勵他們打球、跑步，不要七天都在實驗室。對史佳陽，我罵得最厲害的是他吃零食。你這么胖吃零食，還要再胖嗎？”謝旗“毒舌”道。
雛鳳振翅欲翔，老鳳的“毒舌”也是細語叮嚀。
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https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.01.022
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