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[科学家杂志] 熊延:只有想不到,没有做不到

2014-08-06

    笃定的信念与执着的努力,这或许是一个优秀的科技工作者必须具备的两种素质。在上海植物逆境生物学研究中心,我们见到了对科研始终保持热情的青年科学家熊延。看似并不健谈的他,一说起自己的研究,便像是在介绍自己钟爱的宝物,开始滔滔不绝起来。他眼中那个非常奇妙的生物世界,是他一直探索和追求的学术领域,也是他精神和工作上的绝佳乐园。
 
倾情所爱的植物世界
 
    细胞如何感受信号、传导信号,植物如何从一颗种子萌发、长出叶子到最后开花结果,为什么植物的花瓣数是固定的,叶片的排序方式是如何决定的,这些疑问和好奇,指引着熊延走上了生物学的研究道路。
 
    说起为什么选择做植物研究,熊延用“偶然”来形容他的理由。“在南开大学读本科时,刚好学校从奥地利聘请回来做植物分子生物学的王勇教授。当时从国外回来的教授很少,而我一直很喜欢分子生物学,所以我就决定去读他的研究生,做植物来继续我的生物梦想。”
 
    就这样,熊延与植物结下了不解之缘,并慢慢发现了研究植物的优势和乐趣。“它满足了我对生物世界的好奇,而且我觉得植物里头有很多做动物做不到的东西,比如光合作用、固氮作用的研究。同时做植物可以覆盖你所有想要研究的方面,包括生命科学最基础的问题,不管是宏观还是微观的,单个细胞水平的或是植物多器官之间的交流和运输等等。”
 
    熊延对植物倍加喜爱的原因,还包括植物只能听天由命的“特性”。因为与动物不同的是,植物只能固定在土壤里,无法移动,无法像动物一样,刮风下雨可以躲起来,渴了可以自己找水喝。千百万年的进化过程,让植物进化出了非常特异的应答机制。植物比动物有更复杂的应答系统来帮助它们适应各种环境,对熊延来说,这是一个宝库——“非常非常有意思。”
 
    对于许多年轻人来说,做植物研究的另一个好处在于,它最容易能看到产业化,尤其在中国这样一个农业大国,最容易实现所谓的“学以致用”。但熊延却选择了从基础研究开始。“虽然很多人会问你做这个到底有什么用啊,你就算知道了糖信号是怎样被植物细胞传导下去的,又能怎么样呢?但对我而言生命科学中基础研究是最重要的,它揭示了生命最原始的本质,你解决了最根本的问题,以后才有可能去做一些有意义的应用。”
 
   “对我而言,植物科学是生命科学中最值得期待的一个领域。”熊延如是说。
 
兴趣+奋斗+“意外”= 世界一流
 
    熊延在科研道路上付出了不懈的努力,也取到了丰硕的成果。
 
    雷帕霉素靶蛋白(target of rapamycin,简称TOR)一经被发现,就引起了生物界的极大重视,2010年更被《科学》杂志评为十大最热门的研究领域。在动物领域,关于TOR的研究取得了巨大的成绩,相关的抗癌药物也已经获批上市,无论从技术研究还是医药研究上,都已经带来了很大的产业化价值,有广阔的发展前景。但在植物领域,TOR的研究却始终存在着难以逾越的瓶颈,因为植物研究界普遍认为,药物雷帕霉素无法抑制拟南芥中的TOR激酶活性,也就是说,植物对雷帕霉素这种药物并不敏感。
 
    在哈佛医学院学习的熊延刚刚接手这个课题时,开始也是按照传统的思路进行研究。他选择了另外一个药物作为研究对象,来试图证明他选择的这种药物可以影响TOR激酶的活性,同时拿雷帕霉素作为一个阴性的对照,但却意外发现,雷帕霉素对TOR激酶的活性也是有抑制作用的,而导致20年来植物界的误读的原因仅仅在于药物浓度的不同,以及使用的研究对象的差异。熊延做的实验与传统实验的唯一区别就是,他提高了雷帕霉素的浓度,并且使用了植物细胞作为研究对象,而不是传统实验中的整株植物。熊延按照这个线索继续研究,最后发现了导致动植物对雷帕霉素浓度要求不同的原因在于,如果过量表达TOR激酶的结合蛋白——FKBP12,就能够降低雷帕霉素的浓度需求量,极大增强植物对雷帕霉素的敏感度,从而揭示了动物和植物中不同的FKBP12蛋白表达水平可能是造成动物和植物对药物雷帕霉素的敏感度不同的主要原因。
 
    熊延在TOR蛋白激酶研究领域的另一个发现,是揭示了TOR蛋白激酶能够接受和传导葡萄糖的代谢信号来促进植物的生长。TOR激酶被认为是主要作用于蛋白翻译的调节,但通过基因组学的研究,熊延发现了一个全新的TOR激酶功能:通过正向调控转录因子E2Fa来控制基因组表达变化并激活根尖分生组织的细胞分裂活性,激活细胞分裂循环从而促进植物的快速生长。这些科研成果证明了植物的生长、发育和抗逆在很大程度上是通过TOR蛋白激酶偶连在一起的。此激酶在各种真核生物中的作用十分保守。因此,作为一项上游基理研究成果不仅在基础研究中有很重要的作用,而且为各种农作物,特别是水稻、大豆、玉米等我国重要的高等农业作物,提供了转基因性状改良的有效靶点,因而有着极为广泛的发展和应用前景。
 
    熊延用自己的努力克服了重重困难,填补了国际研究领域的研究空白,并且通过一些可诱导的方法拿到了可以稳定遗传的突变体的材料。他的研究水平和方向在相关研究领域均达到了国际领先水平。现在熊延希望能尽快找到既不影响植物抗逆能力,又能提高植物生长能力的方法,并将模式生物中的研究推广到水稻等作物上。
 
人是没有极限的
 
    回首过去几年的经历,熊延最大的感触是——人真的是没有极限的。“我在美国爱荷华州立大学读博士的时候,自己感觉已经竭尽全力了。但去哈佛后再回首博士期间的进展,觉得那五年的时间里所取得的成绩,可能我现在一年半就能完成了。但是事情就是这样,你必须要有积累,有沉淀,才会有质的飞跃。”
 
    熊延常常对学生说:“永远不要觉得自己做不到,生物科技日新月异,任何理想都有可能实现。”熊延给我们讲了一个故事:“在哈佛医学院的时候,有一个从事生物进化学研究的著名科学家。当人们问他梦想是什么的时候,他的回答是,让美国航空航天局NASA将一颗炸弹送到外太空的一个没有生命的行星,以便他研究宇宙大爆炸以及生命的进化过程。虽然这个想法听上去很疯狂和匪夷所思,但是现在这位科学家已经开始和NASA合作从火星上采集样品和进行数据分析了。谁能说他的梦想就一定不能实现呢?”正如熊延所说:“对于科学家而言,真的只有你想不到,没有做不到。”
 
    上海植物逆境生物学研究中心被熊延称为是梦想中的科研环境,从参观、考察研究中心到决定回国来中心工作,熊延只用了两天的时间。“因为这里不仅有国际一流的团队,绝佳的坐落于辰山植物园内的地理位置,更有世界上最先进的仪器和最优秀的平台负责人,可以解决一切科研上的后顾之忧,让我可以将自己的想法迅速付诸实现”,这是吸引熊延回中心工作的最主要原因。“目前在植物学上来说,国内的研究水平和国际基本上是可以持平的,甚至可以说是更好的。”
 
    回国后熊延对自己的学术研究有着清楚的规划,“我现在的规划是,5年内能够将我在模式生物上的研究运用到农作物上,并建立一个比较稳定的研究团队;10年的规划是,在农作物方面的研究可以看到具体的产出和效果,并进一步做一些交叉学科的研究。目标呢,第一,可以实现我自己在学术研究上所追求的自我人生价值;第二,是使我的研究有社会价值,做到学以致用;第三,我希望10年以后我能够培养出一批热爱植物科学、能够奉献他们所学的、真正的青年科学家。这是当老师的很大的一个成就。”秉承着“持之以恒”的理念,熊延的科研梦想正在一步步化为现实。
 
 
《科学家》杂志2014年8月
记者:张家惠