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高彩霞 植物基因剪刀手

2018-05-30 10:48:04
科學(xué)大觀園 2018年5期
關(guān)鍵詞:白粉病課題組基因組

2017年5月25日,中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所研究員高彩霞獲得全國(guó)創(chuàng)新?tīng)?zhēng)先獎(jiǎng),她還曾入選英國(guó)《自然》雜志“中國(guó)科學(xué)之星”。

高彩霞用基因編輯這把“剪刀”圓了植物科學(xué)家一個(gè)夢(mèng)——終于可以實(shí)現(xiàn)植物基因定點(diǎn)突變。分子育種領(lǐng)域的學(xué)者們有了這把“剪刀”更是如虎添翼,大大縮短了育種的時(shí)間周期。

研發(fā)技術(shù),實(shí)現(xiàn)應(yīng)用

2013年,作為植物基因組編輯領(lǐng)域的領(lǐng)軍團(tuán)隊(duì),高彩霞課題組率先利用CRISPR/Cas系統(tǒng)對(duì)水稻和小麥的多個(gè)基因進(jìn)行編輯,獲得了世界上第一株CRISPR編輯的植物。之后,她在植物基因編輯上的探索就沒(méi)停止過(guò)。盡管被外界稱(chēng)為植物CRISPR基因編輯技術(shù)的創(chuàng)始人,高彩霞卻不滿(mǎn)足于此。

2014年,高彩霞課題組和中國(guó)科學(xué)院微生物研究所邱金龍課題組合作,利用最新的基因組編輯技術(shù),首次在六倍體小麥中對(duì)MLO基因的3個(gè)拷貝同時(shí)進(jìn)行了突變,使小麥對(duì)白粉病具有了廣譜抗性。7月20日,該研究成果發(fā)表在《Nature Biotechnology》上,并被選為該刊20周年最具影響力的20篇文章之一,也是唯一入選的植物科學(xué)相關(guān)論文。

高彩霞課題組還通過(guò)定向編輯OsBADH2基因使普通稻米有了香味,通過(guò)CRISPR/Cas系統(tǒng)在植物中建立了新型的DNA病毒防御技術(shù)體系。這一系列成果顯示,她的工作并沒(méi)有停留在技術(shù)平臺(tái)的建立上,而是通過(guò)基因精準(zhǔn)編輯這把“剪刀”對(duì)具體的植物基因進(jìn)行定向“修剪”,并獲得有應(yīng)用價(jià)值的成果。在植物育種的歷史上,靠傳統(tǒng)雜交育種獲得一個(gè)具有優(yōu)良性狀的品種或許需要十幾年,甚至更長(zhǎng)的時(shí)間,靠分子標(biāo)記追蹤育種也需要至少7到8年。如今,在基因精準(zhǔn)編輯這把“剪刀”的武裝下,分子育種的周期有可能縮短到3到5年,極大加速了該領(lǐng)域的發(fā)展。

抗白粉病小麥的創(chuàng)建是高彩霞團(tuán)隊(duì)和邱金龍團(tuán)隊(duì)合作的重大科研成果。小麥白粉病是一種嚴(yán)重影響小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的小麥真菌病,邱金龍正是研究白粉菌的專(zhuān)家。最終,高彩霞課題組選擇了兩種基因組編輯技術(shù)——TALEN技術(shù)和CRISPR技術(shù),成功將小麥3組基因組上的MLO基因全部敲除,獲得了持久、廣譜的抗白粉病小麥。

淡泊名利,專(zhuān)注科學(xué)

因采用基因編輯技術(shù)改進(jìn)重要農(nóng)作物的科研成果,高彩霞在植物基因編輯領(lǐng)域有很大的話語(yǔ)權(quán),幾乎所有重要的國(guó)際會(huì)議她都在被邀請(qǐng)者之列。

面對(duì)光環(huán)和榮譽(yù),高彩霞很平靜?!翱赡芪覀冏叩帽葎e人快一點(diǎn),成績(jī)好像比別人好一點(diǎn),這個(gè)榮譽(yù)就給我們了。”她拒絕“成功的女科學(xué)家”這個(gè)標(biāo)簽,“在領(lǐng)域里被國(guó)際同行認(rèn)可,才有用?!?她拿打乒乓球來(lái)舉例,“你得清楚你處在什么位置,種子選手是不會(huì)因?yàn)橐淮问《鴦?dòng)搖的??蒲幸彩侨绱?,如果國(guó)際同行們,提起這個(gè)領(lǐng)域就要提起你,說(shuō)明你工作做得好,這才是真正意義上的認(rèn)可?!?/p>

在高彩霞的整個(gè)成長(zhǎng)過(guò)程中,她一直在適應(yīng)變化。10歲時(shí),她跟著父母從遼寧調(diào)到甘肅“支邊”,就在甘肅扎根了。上大學(xué)時(shí),高彩霞本想學(xué)醫(yī),但被分配到了農(nóng)學(xué)專(zhuān)業(yè)。她說(shuō):“我對(duì)農(nóng)學(xué)不了解,但我堅(jiān)信:只要干這一行,就要盡力而為。”她在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)完成了本科和碩士,直到1994年,才離開(kāi)甘肅去中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)讀博士,進(jìn)行草地科學(xué)方面的研究。1997-1998年高彩霞去丹麥羅斯基勒市的丹農(nóng)種子公司(DLF)科研部讀博士后。當(dāng)時(shí)剛好有一個(gè)牧草分子生物學(xué)方向的課題,她便再次轉(zhuǎn)換了研究方向。在丹麥的12年里,她實(shí)現(xiàn)了一次又一次的突破——完成了對(duì)幾種性狀的基因改造,包括控制重要草種的開(kāi)花時(shí)間等,也成長(zhǎng)為科研部的Research Scientist。DLF的研究總監(jiān)克勞斯·尼爾森(Klaus Nielsen)說(shuō),“她能在顯微鏡下看到其他人都看不到的東西?!?但歐洲對(duì)基因改造作物的懷疑讓她對(duì)自己的工作能否走出實(shí)驗(yàn)室感到悲觀。高彩霞考慮到父母年邁需要照顧,也希望孩子在祖國(guó)文化環(huán)境下成長(zhǎng),在2009年年底選擇了回國(guó)。她是中國(guó)科學(xué)院百人計(jì)劃入選者,先在中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所植物細(xì)胞與染色體工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室工作,后因研究需要,轉(zhuǎn)向了植物基因組編輯和遺傳轉(zhuǎn)化技術(shù)研究。

容忍別人,寬容自己

高彩霞將研究方向的轉(zhuǎn)變視為很正常的現(xiàn)象?!岸际蔷o密相連的領(lǐng)域,人總是不斷調(diào)整的嘛?!被叵脒^(guò)去,她覺(jué)得學(xué)生時(shí)代的自己“只是順其自然地走下去,做好自己該做的事情,不像現(xiàn)在的學(xué)生這么有遠(yuǎn)大志向,植物基因編輯是新興領(lǐng)域,所以取得了成果會(huì)備受矚目”。

對(duì)于自己現(xiàn)在做的事兒,高彩霞覺(jué)得 “有意思”“有意義”。泰國(guó)香米有香味,而中國(guó)東北大米雖然品質(zhì)很好,卻沒(méi)有香味,能不能用基因編輯技術(shù)創(chuàng)建出有香味的東北大米?她試了,一年就成功了,很多單位都在和她合作,希望能將這一技術(shù)推廣。白粉病是小麥的重要病害之一,能不能用基因組編輯技術(shù)攻克難關(guān)?她和合作伙伴試了,獲得具有廣譜抗白粉病的品種。這些科研成果都讓她開(kāi)心興奮。

高彩霞性格中有很大的寬和成分,這種寬和決定了她“比較能容忍別人,也比較能寬容自己,能化解對(duì)自己不利的事情”。已過(guò)不惑之年的她,覺(jué)得未來(lái)對(duì)自己而言還是個(gè)未知數(shù)。她設(shè)想自己“如果有一天對(duì)科研沒(méi)了興趣,我不會(huì)賴(lài)在這個(gè)位置上,否則就把學(xué)生耽誤了,哪怕去幼兒園當(dāng)阿姨,到農(nóng)村去干點(diǎn)什么都是有可能的”。

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