本刊記者　劉 佳

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

本刊記者劉 佳

實驗中

2016年，他的團(tuán)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(fù)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(guān)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(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要的現(xiàn)實意義，被評價為“植物生殖領(lǐng)域的重大突破”。

2015年，他與賈鵬飛為向?qū)熰崌犜菏恐戮炊幹摹多崌牸?xì)胞生物學(xué)》（第三版）正式出版，被認(rèn)為是我國細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)教材之一。

他是楊維才——中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所（簡稱“遺傳發(fā)育所”）所長，國際擬南芥科學(xué)委員會中方成員。長期以來，他投身于植物生殖發(fā)育調(diào)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(xué)獎二等獎，是該領(lǐng)域具有重要國際影響的學(xué)者。在科學(xué)中國人（2015）年度人物評選中，楊維才因其突出貢獻(xiàn)當(dāng)選為生命科學(xué)領(lǐng)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(yuǎn)，初心仍是歸來

“第一次接觸生殖發(fā)育研究，是在蘭州大學(xué)跟隨鄭國锠先生讀碩士的時候。”楊維才回憶道。與剛?cè)氪髮W(xué)時的懵懂不同，到碩士期間，他開始研習(xí)雌配子體超微結(jié)構(gòu)等細(xì)胞生物學(xué)的相關(guān)研究，每天會泡在實驗室里做切片，進(jìn)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(xué)的興趣。這興趣，在他心底扎根，經(jīng)過數(shù)年學(xué)習(xí)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(xué)攻讀博士學(xué)位，師從Ab van Kammen教授和Ton Bisseling教授，主修分子生物學(xué)。

20世紀(jì)80年代末的中國，對分子生物學(xué)的認(rèn)知，多停留在書本的介紹上。但有了細(xì)胞生物學(xué)的基礎(chǔ)，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(nèi)第一本細(xì)胞生物學(xué)著作，對我們要求很嚴(yán)，每年要看150篇英文文獻(xiàn)。經(jīng)過大量的訓(xùn)練后，我對荷蘭的科研生活適應(yīng)得非常好?！?/p>

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(guān)遺傳學(xué)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(xué)圣地與分子生物學(xué)搖籃的研究機構(gòu)——美國冷泉港實驗室，有可能實現(xiàn)他的目標(biāo)。他的執(zhí)著追求打動了導(dǎo)師。在導(dǎo)師的鼓勵下，1996年1月，楊維才結(jié)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(zhuǎn)向模式植物擬南芥。

“這就是擬南芥，開花結(jié)果之后可以結(jié)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?！闭f到擬南芥，楊維才指著旁邊的一株植物，開始給記者講解。當(dāng)時，擬南芥作為模式生物已經(jīng)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(nóng)業(yè)生物學(xué)研究所擔(dān)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(nóng)業(yè)生物學(xué)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(xué)研究所，楊維才在這個研究所擔(dān)任棉花生物技術(shù)和生殖生物學(xué)實驗室主任（PI），帶領(lǐng)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(xué)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(xué)校友薛勇彪（時任發(fā)育生物學(xué)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(xué)研究所寄來的申請表。“10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(xué)院遺傳研究所、發(fā)育生物學(xué)研究所及石家莊農(nóng)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(xué)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(cè)。13年前，楊維才剛剛抵達(dá)時，那一帶的建設(shè)尚未崛起，一眼望去，很是荒蕪。“面試的時候剛好遇到SARS，還被隔離了兩個星期，印象特別深刻。”即使是“非?！睍r期，也沒有擋住他回來的決定。

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

到上世紀(jì)80年代，我國開始將生殖細(xì)胞分離出來進(jìn)行體外受精研究，武漢大學(xué)楊弘遠(yuǎn)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(xì)胞是單倍體的客觀狀況，隨后一段時間內(nèi)，我國在相關(guān)的遺傳學(xué)研究上進(jìn)展緩慢，直到T-DNA和轉(zhuǎn)座子技術(shù)的出現(xiàn)。其中，T-DNA可以插入到基因組中產(chǎn)生突變，與物理和化學(xué)誘變方法相比，T-DNA通常帶有選擇標(biāo)記，更容易對突變進(jìn)行追蹤，并對其分離鑒定。轉(zhuǎn)座子（轉(zhuǎn)座因子）的原理與之類似。當(dāng)一段DNA順序從原位上復(fù)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(diào)控作用，就被稱之為轉(zhuǎn)座。這段DNA序列則被稱為轉(zhuǎn)座子?！稗D(zhuǎn)座子突變的效率更高，對生殖發(fā)育和遺傳學(xué)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(yīng)用的。我剛好趕上了那個時期，及時介入到這個領(lǐng)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(xué)發(fā)展的黃金時期。隨著科技的發(fā)展，當(dāng)初的“猜測”都走在被證實的路上。比如，科學(xué)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(dǎo)花粉管定向生長，花粉管將精子細(xì)胞運送到胚囊里，進(jìn)而和包裹在胚囊內(nèi)的卵細(xì)胞結(jié)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(gòu)成，它們會通過各種方法到達(dá)雌蕊，使胚珠受精。至于其到達(dá)過程，幾十年來，科學(xué)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(xué)家在研究中，從藍(lán)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(dǎo)向作用?！拔覀儗@個過程也十分感興趣”，他說，雖然已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了吸引信號，但花粉管對吸引信號的響應(yīng)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(xué)家不同，他們采用生物化學(xué)方法，我們是將生化、遺傳、分子生物學(xué)等相關(guān)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(tuán)隊首次發(fā)現(xiàn)了一個控制花粉管響應(yīng)的因子，命名為POD1。這一工作表明，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白在控制植物細(xì)胞—細(xì)胞間相互作用過程中可能是一個關(guān)鍵的控制節(jié)點?！斑@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(yīng)的因子。”楊維才介紹。這項工作首次揭示了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白在花粉管響應(yīng)過程中的關(guān)鍵作用，并為下一步分離其它控制花粉管響應(yīng)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(biāo)，而只是位于目標(biāo)調(diào)控上游的一個環(huán)節(jié)。

“內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是一個質(zhì)量控制部門，能夠控制富含亮氨酸重復(fù)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(fù)折疊，直到達(dá)到要求才被允許分泌到細(xì)胞表面?！睏罹S才認(rèn)為，這些膜蛋白中很可能就有他們要找的受體?？墒?，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(biāo)?！彼麄円詳M南芥為模式生物，通過反向遺傳學(xué)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(yīng)。一系列的生化和細(xì)胞生物學(xué)實驗結(jié)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(zhuǎn)基因手段把其中的一個信號受體導(dǎo)入另一種植物薺菜中，并和擬南芥進(jìn)行雜交實驗，發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)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。”楊維才很樸素地描述當(dāng)時的心情。當(dāng)這一工作發(fā)表在Nature雜志時，已經(jīng)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(xué)家首次分離到了花粉管識別雌性吸引信號的受體蛋白復(fù)合體，并揭示了信號識別和激活的分子機制，被認(rèn)為是植物生殖領(lǐng)域的重大突破。一直以來，雜交育種都是人類提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的主要技術(shù)。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(guān)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(xì)胞以外，其實還有另外的細(xì)胞也參與了調(diào)控過程，比如中央細(xì)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(xì)胞在花粉管導(dǎo)向中的關(guān)鍵作用，打破了人們認(rèn)為只有助細(xì)胞負(fù)責(zé)吸引花粉管的觀點。在此基礎(chǔ)上，李紅菊和朱杉杉等人通過生化和分子遺傳學(xué)等方法找到了一個新的基因CBP1，其突變會導(dǎo)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(chǎn)生的非自主調(diào)控假說。新成果發(fā)表在2015年P(guān)lant 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(xì)胞、植物雌雄識別分子機制等甚至還領(lǐng)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(xué)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(dǎo)向的分子機理研究，還包括生殖細(xì)胞發(fā)育的分子遺傳調(diào)控機理和早期胚胎發(fā)育的分子調(diào)控機理。能夠獲獎，一是代表了我國在這方面已經(jīng)具有一定的水平；二是同行對我們工作的認(rèn)可。”在他眼中，這只是對回國后十年工作的一個總結(jié)，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(dāng)如此。

建設(shè)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(diào)整，正值建設(shè)期。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，遺傳發(fā)育所早已不是當(dāng)日的吳下阿蒙。“它也是從小到大發(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(jīng)翻了番，人才也聚集了一大批。”

楊維才團(tuán)隊合影

的確，目前的遺傳發(fā)育所已經(jīng)有81個創(chuàng)新研究組，擁有500多名職工。以中國科學(xué)院院士李振聲、李家洋、曹曉風(fēng)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(xué)家18人，“國家杰出青年科學(xué)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(xué)技術(shù)獎，李家洋當(dāng)選美國、英國、德國等多個國家科學(xué)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(xué)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(lǐng)域交叉融合在一起，揭示出水稻、小麥等基因組表達(dá)調(diào)控規(guī)律、闡明了細(xì)胞分化的分子機制和建立新的品種設(shè)計理論與技術(shù)體系，為解決遺傳與發(fā)育生物學(xué)領(lǐng)域重大科學(xué)和技術(shù)問題做出了杰出的貢獻(xiàn)。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(xué)十大進(jìn)展”和“中國科技十大進(jìn)展”，包括最近的“小麥A基因組測序”（2013年）和“闡明獨腳金內(nèi)酯調(diào)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。”楊維才說道，每當(dāng)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(tuán)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(dān)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(jīng)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(nèi)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(nèi)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)。“在這一點上，我們也是全國唯一的單位，當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)。“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(zhì)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(jīng)有遺傳學(xué)、發(fā)育生物學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等6個理學(xué)碩士、博士學(xué)位培養(yǎng)點，植物營養(yǎng)學(xué)和作物遺傳育種兩個農(nóng)學(xué)專業(yè)的碩士學(xué)位培養(yǎng)點以及生物工程一個專業(yè)學(xué)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(xué)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(dǎo)委員會也會進(jìn)行嚴(yán)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(dāng)課題組發(fā)表一篇對領(lǐng)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(xué)術(shù)影響力。至于評估，“我們看重的是更高層次的目標(biāo)，比如你達(dá)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(rèn)可”?！斑@些標(biāo)準(zhǔn)，我們會一直堅持下去。”

指導(dǎo)學(xué)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(nóng)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(xué)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(dāng)當(dāng)。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(jìn)行中，他希望能夠在該研究領(lǐng)域繼續(xù)領(lǐng)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(lǐng)先，工作才能走得更遠(yuǎn)?！?/p>

不知不覺中，楊維才擔(dān)任遺傳發(fā)育所所長已經(jīng)兩年有余。從“十二五”到“十三五”，我國提出了到2020年進(jìn)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(biāo)。中科院“率先行動”也在如火如荼地進(jìn)行。對遺傳發(fā)育所來說，積極響應(yīng)國家號召，推進(jìn)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(zhuǎn)化工作等，需要不斷地學(xué)習(xí)了解。”處在新的風(fēng)口上，楊維才也愈發(fā)繁忙，實驗室內(nèi)部管理、學(xué)術(shù)交流、所里的行政工作等，都被他視為責(zé)任和義務(wù)，希望能更盡可能多地為遺傳發(fā)育所的明天貢獻(xiàn)更多的力量。