师从何祖华院士,以第一作者身份在Nature、Nat Plants、Mol Cell等期刊发学术成果,他说:“科研是一场马拉松”

学术   2024-11-02 12:11   北京  

个人简介

翟科然,中国科学院分子植物科学卓越创新中心/中国科学院上海植物生理生态研究所2019届博士毕业生,师从何祖华研究员。以第一作者身份在Nature、Molecular Cell、Cell Host & Microbe、Nature Plants期刊上发表论文,曾获2019届优秀毕业生、中科院院长奖学金、硕士研究生国家奖学金、中国科学院大学三好学生、优秀学生干部等荣誉。目前,在苏黎世大学Cyril Zipfel团队从事博士后研究

科研是一场马拉松

                  ——我的博士生涯感悟


摘要

科研是一场马拉松,寻找谜底是目的,而我们却很难得到答案。2013-2020,七年恍如一日的博士科研生涯,在探索科学的路上着实弹指一挥间。但对于我而言,承载着属于青春的绚丽色彩都在那张实验台上纷纷上演。初入实验室的懵懂无知或豪情万丈;课题研究时的冥思苦想或心花怒放;文章投稿时的踌躇满志或遍体鳞伤。当时的生活近在我们的眼睛里,所以无法看到。唯有当她渐渐远离,我们才能看清楚。也希望这些定格后的胶片和感悟,可以给站在时光这头的师弟师妹们一些参考。


研究方向及导师的选择

2013年6月,我如愿收到研究所的录取通知书,欢欣鼓舞,收拾行囊,准备出发。这个时候,第一个面临选择的问题如约而至。你要选择什么研究方向?选择该领域的哪位导师?在回答这个问题之前,我们需要自己想清楚我们为什么来到了这里。如果是为了增长知识,为工作蓄力,那么建议你找与生产实践关联比较密切的研究领域,而非基础科学研究。如果你暂时还没有计划(据我观察,身边的很同学属于此原因),那么我认为有必要培养一下自己的研究兴趣。

首先,我们通过阅读研究团队的自我介绍,初步了解每个研究团队利用什么样的科研方法试图解决什么样的科学问题,该科学问题对你是否具有吸引力,筛选出3-5个研究团队进行深入了解。这个时候,需要查找该研究领域的综述及该研究团队所发表的文章,了解其研究水平目前在国内及国际所处的地位及以后的发展前景。当然,更快捷高效的方式就是同已经在该领域进行科研工作的师兄师姐多多交流和请教,而且越多越好。在了解过程中,每个人看待问题的方式不一样,可能会使你获取的信息会有出入,这是正常的。所以,文献的阅读这时就显得十分重要,它会帮你在关键时刻做出适合自己的正确选择。

确定好研究领域后,下一步,就是要选择一个志同道合的导师。每个导师领导下的实验室研究氛围都是独一无二的,而你需要做的就是选择在各方面与自己较为匹配的导师,而不是盲目追随热点,或是逃避竞争。只有在一个情投意合的实验室里,才会让你快乐科研,幸福工作。

我当初选择何祖华老师实验室也正是以上几点原因。首先,我对基因功能及信号转导的研究比较感兴趣,属于基础研究的范畴,所以我想选择一个与生产实践紧密相关的领域展开相关研究。水稻作为单子叶模式植物,具有很强的遗传可操作性,并且还是世界上主要的粮食作物。因此,不管是对其进行前沿的理论研究,还是农业生产上的应用转化探究都具有重要的意义。而何老师长期致力于植物抗病性研究,并以水稻为模式,在作物广谱抗病与其他农艺性状互作上取得了重要研究成果并创建了国际前沿的研究体系,这也正是我感兴趣的研究方向。随后,我申请并到何老师实验室进行暑期实习和轮转。这个阶段是了解实验室学术环境和研究氛围的绝佳时期。因此,我建议大家充分利用暑期的时间,尽快尽早尽多地了解每个自己感兴趣的实验室文化。通过实习,我发现何老师实验室具有自由探索的学术空间,互帮互助的合作意识,愉悦轻松的生活氛围。因此,我当时就决定并有幸加入何老师实验室,开启了自己的博士生涯。


课题研究的磨练

依稀记得进入实验室后第一次PCR的兴致勃勃,Western blot的乐不可支,荧光观察的心花怒放。实验就像恋爱一样,新鲜过后才是真心的考验。短暂的满足感过后,是实验上的各种坎坷与打击,但是不要放弃,坚持会给你满意的答复。也正是这个过程会让你对科研产生感觉,开始规划人生。

我觉得在这个痛并快乐的成长阶段,有几个品质至关重要。

1、主动学习并提出问题。不同于其他学习阶段,博士期间的课题大都是领域前沿,没有现成的模板、公式可以套用。而如何迅速找到一个新的有意义的研究方向及突破口,与自身的科学视野和逻辑思维紧密相关。因此,拿到一个研究课题后,要主动全面了解该领域的研究水平,发现亟待解决的重大科学问题,结合自身课题寻找可能的突破口,并针对性解决某个特定问题。我博士期间的一个课题是寻找与抗病蛋白Pigm互作的RNA结合蛋白所介导的信号通路。按照常规逻辑,自己在前期也做了很多RNA调控方面的工作。但是,有意思的是,我们发现在动物中某些RNA结合蛋白被报道可能也调控DNA的转录,但是其是否作为转录因子还不清楚。因此,我们大胆猜测并验证了其作为RNA结合蛋白具有转录因子活性,并详细解析了其所介导的基因调控网络,并首次发现RNA结合蛋白可以作为非经典的转录因子行使和发挥功能。在我们的论文发表在Molecular Cell的4个月后,Cell杂志发表了在动物细胞研究中相似的研究结论。Think big, start small, act fast. 相信当你决定为月亮而战的时候,即使错过了,也会落入繁星。

2、坚持并长时间的付出。创新的思想不是简单的灵光乍现,重大的发现也不是幸运女神偶然的眷恋。任何一个领域里的佼佼者,都必须付出比常人更多的时间,这个准则更适用于科研。如果没有大量文献的阅读,你很难获得理解并捕捉科学前沿,如果没有成百上千次的失败,你很难发现生命运行的精妙。我进入何老师实验室后就加入到“水稻广谱抗稻瘟病基因Pigm基因的克隆与机制解析”研究团队。而该团队的主要参与者邓一文研究员已经在这个课题里深耕了15年。从研究生开始到女儿小学毕业,从基因克隆、机制解析到水稻育种的生产应用,如果没有这种十五年磨一剑的韧劲与决心,没有这15年如一日的坚持与付出,就很难发现这个全新的抗病理念,发掘如此广谱的抗病育种靶点。功夫不负有心人,论文最终也成功发表在Science杂志上。

3、学术交流与合作。一个人可以走的很快,但一群人可以走的很远。困扰你多年的问题,可能换个思路就会迎刃而解。在课题研究中,每个科学家做科研的思路,看问题的角度都是独一无二的。通过交流,换一个视野你可能会看到更美的风景。小到具体实验技术的讨论,大到课题研究方向的走向,每一次与学术同行的交流都会让人受益匪浅,并大大提高你的科研效率。我们实验室的Pigm通过与育种家的合作建立了抗病分子育种协作网络,并被国内30多家种子公司和育种单位应用于水稻抗病分子育种,只有和科研同行一起精诚合作,才能实现共赢。


科研之外

科研会占据你大部分的时间,但它并不是你的全部。健康的身体,愉悦的身心,和谐的交际,美好的爱情。生活中的那些小确幸和成长的烦恼同样会充斥在我们的日常生活中。面对这些形形色色的生活压力,我们每个人都要找到适合自己的排解方式。当我遇到不开心的事的时候,我经常会选择去我们所旁边的后滩江边跑步,那些小的烦恼如同汗水一样不断地被排解。吹着江风,看着江边散步的老人,嬉戏打闹的孩子,还有与你一样挥汗如雨的跑步者,简单生活的写照或许会成为你烦恼的良药。如果遇到自己搞不定的烦心事,我常会和几个知心的朋友出去约个餐,谈谈近况,聊聊未来,你会发现一直困扰你的问题在这个多元的世界里可能真的不值一提。总之,热爱生活,心向阳光,做个打不死的小强。

每个人的成长道路都是独一无二的,那些博士生涯所经历的所有美好、坚持、烦恼都将是我们以后成功的法宝。希望通过分享自己的经历和感悟可以为你们提供一些帮助。奔涌吧,后浪!


阅读相关研究:
Nature | 植物与病原菌“军备竞赛”的“化学装备” 何祖华研究组在水稻广谱抗病的免疫代谢机制上取得重大进展
Nature Plants | 植物免疫大牛Cyril Zipfel团队首次揭示植物细胞壁感知与免疫应答中的关键模块

2019年4月9日,国际学术期刊Molecular Cell在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所何祖华研究组完成的关于水稻广谱抗病的最新研究成果“ RRM Transcription Factors Interact with NLRs and Regulate Broad-Spectrum Blast Resistance in Rice ”。这是该研究组继2017年3月在国际杂志Science上发表持久广谱抗稻瘟病基因Pigm、揭示水稻广谱抗病与产量平衡的表观调控新机制后,在Pigm广谱抗瘟机制上取得的又一进展。
 该工作主要由博士研究生翟科然、研究员邓一文等在何祖华指导下完成。受科技部重点研发计划、国家自然科学基金、中科院先导B项目等资助。

  水稻病害严重影响水稻产量与品质,其中最让农民头疼的病是真菌引起的稻瘟病,又称“稻热病”、“火烧瘟”等,被列为作物十大真菌病害之首,能像瘟疫一样到处传播,是一个世界性的病害,可引起大幅度减产,严重时减产40%~50%,甚至颗粒无收。自2000年以来,我国稻瘟病平均年发病面积在8000万亩以上,因此我国水稻新品种审定从2008年开始实行稻瘟病抗性的“一票否决”制。这种真菌的变种还可以侵染小麦,引起麦瘟病,目前麦瘟病在孟加拉国迅速扩展,对我国小麦生产也可能构成严重威胁。在农业生产上一般通过喷施杀菌剂农药和种植抗性品种来控制稻瘟病,但农药防治既造成环境污染也危害人类身体健康,防治稻瘟病最经济、有效和安全的措施是培育抗病品种。由于稻瘟病菌的多变,抗病品种的抗病性不能持久,导致辛勤的抗病育种工作效果不佳。所以一直以来育种家和植物病理学家面临的难题是:如何能挖掘到高抗、广谱和持久的抗病基因,培育广谱持久的抗病品种,解决当前水稻生产中稻瘟病抗性的瓶颈问题。
  为解决这个长期困扰植物病理和育种界的瓶颈问题,何祖华研究团队与育种家合作,从2002开始,广泛筛选抗瘟种质,从起源于我国农家品种的育种材料中鉴定了一个广谱持久抗瘟性新位点Pigm。他们发现,Pigm是一个包含多个抗病基因的基因簇,编码2个功能相反的免疫受体蛋白,两者受到表观遗传的调控,既保证了水稻对稻瘟病菌的广谱抗性,又克服了高抗与高产之间的矛盾。该研究成果已经于2017年3月3日发表于Science。该研究成果已经被国内多家种子公司和育种单位应用于水稻抗病分子育种,利用该基因育成的抗病新品种陆续通过审定并大面积推广,是一个理论研究密切结合农业生产需求的主要成果。
  何祖华研究组在发掘与解析Pigm调控抗病性与产量平衡机制的基础上,继续破解为什么Pigm能控制广谱抗病的科学问题。他们最近的研究发现植物中存在一类新的转录因子家族,被他们命名为RRM,这类RRM因子可以与抗病受体PigmR等互作,进入细胞核激活下游的防卫基因,从而使水稻产生广谱抗病性。有意思的是,该研究也发现,如果让RRM蛋白强制性进入细胞核,即使水稻没有广谱抗病基因,也可以产生广谱抗病性,这样利用RRM基因就有可能改良不同作物的抗病性。这项研究是我国水稻抗瘟性研究的最新成果,审稿专家认为它填补了抗病受体如何直接激活下游防御反应的研究空白,是该领域一个重要的、高质量的研究进展,也为作物抗病性改良提供新的理论依据和技术支持。

  水稻广谱抗稻瘟病研究获进展

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