花粉飄香處 共說(shuō)“美麗中國(guó)夢(mèng)”

宋振業(yè)+王碩

她用最樸素的方式，回答了植物生殖發(fā)育中最為深?yuàn)W的理論問(wèn)題；她以學(xué)無(wú)止境的心態(tài)探訪植物遺傳學(xué)的奧秘；她用和藹的微笑，傳遞力量，讓我們讀懂了植物生殖發(fā)育研究領(lǐng)域的神秘和一位巾幗科研工作者不讓須眉的執(zhí)著精神。

她就是福建農(nóng)林大學(xué)基因組與生物技術(shù)研究中心的秦源教授。

科研創(chuàng)新，始于足下

除了是福建農(nóng)林大學(xué)植物學(xué)學(xué)科帶頭人外，秦源還是“國(guó)家優(yōu)秀青年科學(xué)基金”獲得者，福建省“閩江學(xué)者”特聘教授，福建農(nóng)林大學(xué)“金山學(xué)者”特聘教授，福建青年五四獎(jiǎng)?wù)芦@得者。她曾先后獲得武漢大學(xué)藥學(xué)學(xué)士學(xué)位，武漢大學(xué)發(fā)育生物學(xué)博士學(xué)位，2006—2009年在美國(guó)亞利桑那大學(xué)植物系進(jìn)行博士后研究，回國(guó)后任職于中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所副研究員，2014年至今任福建農(nóng)林大學(xué)基因組與生物技術(shù)研究中心教授。先后主持國(guó)家、省部級(jí)科研項(xiàng)目9項(xiàng)，憑借著在遺傳學(xué)領(lǐng)域十多年的豐富經(jīng)驗(yàn)，以及在植物生殖發(fā)育領(lǐng)域的研究成果，發(fā)表相關(guān)論文20余篇，其中以第一作者或通訊作者身份發(fā)表SCI收錄論文11篇，其第一作者或通訊作者論文在國(guó)際期刊Plant Cell， PLoS Genetics等發(fā)表。

在美國(guó)工作期間，秦源主要在兩個(gè)領(lǐng)域做出了突出成績(jī)。

1.雌蕊分泌一種新的小分子化合物刺激花粉萌發(fā)和生長(zhǎng)

高等植物種子的形成和世代的繁衍，一個(gè)非常關(guān)鍵的先決條件就是花粉管成功輸送精子到達(dá)卵細(xì)胞并完成雙受精。但是，雌雄蕊互作的分子機(jī)理一直是植物學(xué)界無(wú)法解釋清楚的問(wèn)題。對(duì)此，秦源在美國(guó)亞利桑那大學(xué)做博士后研究期間，發(fā)現(xiàn)雌蕊組織可以分泌一種小分子信號(hào)物，來(lái)刺激花粉的萌發(fā)和花粉管的生長(zhǎng)。通過(guò)各種生化實(shí)驗(yàn)，證明這種小分子物質(zhì)為一種非常穩(wěn)定的小分子化合物。隨后，她利用色譜、質(zhì)譜和核磁共振的方法發(fā)現(xiàn)，揭示這種信號(hào)分子是一種分子量為202的十氫喹啉衍生物（Sulfinylated azadecalins）。結(jié)合生物學(xué)實(shí)驗(yàn)，她進(jìn)一步證明該分子高度表達(dá)于擬南芥雌蕊柱頭花柱組織，具有很強(qiáng)的生物活性，能大大提高花粉的萌發(fā)和刺激花粉管的生長(zhǎng)。該分子是一種全新的小分子，它的結(jié)構(gòu)第一次被揭示，其生物活性也是第一次被揭曉，該研究獲得美國(guó)專利一項(xiàng)，研究成果發(fā)表在2011年P(guān)lant Journal上。該分子的發(fā)現(xiàn)，對(duì)植物授粉受精領(lǐng)域的研究來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的貢獻(xiàn)，推動(dòng)了細(xì)胞與細(xì)胞間交流（cell-cell communication）研究領(lǐng)域的發(fā)展，同時(shí)該分子也具有重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用前景，可為作物高產(chǎn)研究、雜交育種等農(nóng)業(yè)科研提供參考。日本植物生殖生物學(xué)家Higashiyama在2015年Annu Rev Plant Biol綜述論文中用一整段篇幅介紹了該研究成果，點(diǎn)出其科學(xué)和農(nóng)業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

2.雌蕊組織誘導(dǎo)活躍的花粉管轉(zhuǎn)錄組變化

基于之前的研究，秦源又不斷思索，雌蕊到底對(duì)花粉管有什么分子水平的調(diào)控？花粉管與雌蕊互作之后到底有哪些基因的轉(zhuǎn)錄出現(xiàn)了變化？為了回答這些問(wèn)題，秦源比較了離體生長(zhǎng)的花粉管和與穿過(guò)柱頭、花柱之后的花粉管轉(zhuǎn)錄組，揭示了900多個(gè)花粉管中受雌蕊組織誘導(dǎo)表達(dá)的基因。進(jìn)一步通過(guò)反向遺傳學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)了5個(gè)在花粉管中受雌蕊組織誘導(dǎo)表達(dá)的基因具有調(diào)控花粉管的萌發(fā)和生長(zhǎng)的功能，以及發(fā)現(xiàn)了2個(gè)參與調(diào)控花粉管導(dǎo)向生長(zhǎng)的基因。

由于該工作創(chuàng)新性地利用花粉管半離體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合轉(zhuǎn)錄組分析，首次從分子水平揭示了花粉管對(duì)雌蕊信號(hào)刺激產(chǎn)生的巨大響應(yīng)，而且揭示了大量雌蕊誘導(dǎo)的花粉管基因，為后續(xù)花粉管導(dǎo)向研究提供了豐富的數(shù)據(jù)資源，為其他系統(tǒng)的細(xì)胞與細(xì)胞間交流的研究提供了重要的信息，因此其論文被發(fā)表在2009年的PLoS Genetics上。該項(xiàng)工作論文的發(fā)表奠定了雌雄蕊互作的分子機(jī)理研究基礎(chǔ)，在領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生了重要影響，目前已經(jīng)被引用160多次。

科研報(bào)國(guó)，勤于探索

2009年，學(xué)成歸國(guó)的秦源，開(kāi)始用自己的智慧實(shí)現(xiàn)多年來(lái)科研報(bào)國(guó)的夢(mèng)想。

首先，秦源進(jìn)行了染色質(zhì)重塑調(diào)控雌性減數(shù)分裂的研究。經(jīng)過(guò)潛心研究，她帶領(lǐng)課題組發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)重塑復(fù)合物SWR1成員ARP6通過(guò)能夠利用ATP水解酶產(chǎn)生的能量，把組蛋白變體H2A.Z沉積到調(diào)控同源染色體互作的關(guān)鍵基因—編碼重組酶的DMC1基因內(nèi)部，從而調(diào)控其轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而調(diào)節(jié)減數(shù)分裂過(guò)程中同源染色體的配對(duì)和重組。該研究證明雌性減數(shù)分裂和雄性減數(shù)分裂具有不同的調(diào)控機(jī)制，其調(diào)控機(jī)理的異同值得深入研究和探討。由于減數(shù)分裂過(guò)程中，相關(guān)基因表達(dá)的調(diào)控機(jī)制還非常不清楚，該研究對(duì)揭示染色質(zhì)重塑對(duì)減數(shù)分裂調(diào)節(jié)基因的表達(dá)調(diào)控機(jī)制具有重要指導(dǎo)意義，該研究成果被發(fā)表在2014年P(guān)lant Cell上，并被植物生殖領(lǐng)域頂尖科學(xué)家Sundaresen教授在Faculty of 1000上推薦。

其次，秦源通過(guò)比較轉(zhuǎn)錄組分析揭示了調(diào)控大孢子發(fā)生的新基因。她說(shuō)，大孢子發(fā)生是雌配子體發(fā)育的早期事件，主要包括大孢子母細(xì)胞的分化、雌性減數(shù)分裂、非功能大孢子的退化和功能大孢子的形成。目前已知調(diào)控大孢子發(fā)生的基因寥寥數(shù)無(wú)幾，為了尋找更多調(diào)控雌性減數(shù)分裂相關(guān)基因，她帶領(lǐng)研究生通過(guò)比較轉(zhuǎn)錄組學(xué)的方法，比較了正在進(jìn)行大孢子發(fā)生的野生型胚珠原基和缺乏大孢子發(fā)生的spl胚珠原基的轉(zhuǎn)錄組，發(fā)現(xiàn)了4個(gè)具有調(diào)控大孢子發(fā)生的基因，并揭示其中一個(gè)編碼細(xì)胞色素P450的基因KLU，定位在內(nèi)珠被原基，它可能通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)可移動(dòng)的小分子信號(hào)，間接地激活DMC1在大孢子母細(xì)胞中的表達(dá)，而調(diào)節(jié)雌性減數(shù)分裂過(guò)程中的同源染色體互作。該研究成果進(jìn)一步豐富了大孢子發(fā)生的分子機(jī)理，也揭示了調(diào)控重組酶DMC1表達(dá)的另一個(gè)信號(hào)調(diào)節(jié)通路，為減數(shù)分裂過(guò)程中同源染色體互作機(jī)理的揭示提供了重要的參考，該研究成果發(fā)表在2014年P(guān)lant Journal上，應(yīng)邀寫(xiě)入《植物學(xué)報(bào)》，“2014年中國(guó)植物科學(xué)進(jìn)展”主編評(píng)述，受到同行和相關(guān)職能部門(mén)的關(guān)注。

憧憬未來(lái)，再攀高峰

談到未來(lái)的科研方向，秦源表示將研究目標(biāo)定位在植物生殖細(xì)胞系（germline cells）的形成和分化，以及菠蘿雌配子體發(fā)育及演化研究?jī)蓚€(gè)方面。她希望通過(guò)深入研究，能夠?yàn)榻獯鹪忌臣?xì)胞命運(yùn)決定的機(jī)制提供線索和參考依據(jù)，為解決菠蘿雜交育種中高敗育率的科學(xué)問(wèn)題奠定理論基礎(chǔ)，為實(shí)現(xiàn)禾本科主要糧食作物產(chǎn)量的提高，以及利用孤雌生殖加速良種繁育，推動(dòng)閩臺(tái)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。讓我們共同憧憬，這位科研界的女英雄能夠創(chuàng)造出更多奇跡，為我們共同的“創(chuàng)新強(qiáng)國(guó)夢(mèng)”貢獻(xiàn)一份力量！