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荷兰一半资源产两倍粮食?曹晓风:理论充实能实现

中国粮油2017-11-01 来源:科学家说

  【她是谁】

  曹晓风,中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员,博士生导师。主要从事植物表观遗传学相关研究,现任中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员,中国科学院(CAS)和英国约翰?英纳斯中心(JIC)联合中心共同主任。

  【精彩言论】

  1、在植物表观遗传学方向,中国和国外还有一定的差距,我相信再过五到十年,中国科学家能在世界上有更高的学术地位。

  2、我目前的科研兴趣是想了解植物体内的温度情况,特别是每个细胞内的温度和每个细胞器内的温度,但现在这些还是未知的。

  3、我们希望利用化学或者物理的方法来测定植物的温度,来揭示植物是如何感知高温和低温的。因为植物和人不一样,它不能移动。一天昼夜、一年四季,温度总是在变化,植物是如何适应这种环境温度改变的。

  4、我觉得做学问“既快又好”当然好,如果“快、错”,那不如慢。评价文章好坏不一定只看文章的影响因子,重要的是解决了什么科学问题,有什么新发现,和高影响因子相比,有新发现对我来说更重要。

  5、利用一半的资源生产出两倍的粮食是有可能的,但这需要对粮食生长过程的基础科学问题有充分的认识。今后的发展需要对基础科学有更加深入的了解才能更好地加以利用。

  【正文】

  袁隆平说过,高产更高产是个永恒的主题。现在曹晓风实验室正在研究的一个项目,就是研究植物如何响应温度变化并在高低温下能保持高产,这对于占据全球20%的人口,只有7%-8%耕地的中国来说,将会是巨大的贡献。

  在英国大使馆、英国研究理事会主办,网易科技独家媒体合作的“中英女性科学家论坛”上,曹晓风非常风趣幽默的回答了女性在做科研中面临的问题。她不会过分强调女性这个概念,认为男女本来就应该是平等的,只要能够传播正能量的女性都可以成为榜样,而曹晓风也正是这么做的。

  曹晓风的严谨甚至让日本教授都盛赞:她文章里的数据是那样的精确,我们总能很容易地重复她发表的结果。她说自己是属于慢工出细活的人,希望所做的工作被领域的专家认可,而不是昙花一现。她认为:做学问“既快又好”当然好,如果“快、错”,那不如慢。评价文章好坏不一定只看文章的影响因子,重要的是解决了什么科学问题,有什么新发现,和高影响因子相比,有新发现对她来说更重要。她经常叮嘱学生,对于准备发表的实验数据一定要反复验证,确保数据的真实可靠。

  回国前,曹晓风主要从事DNA甲基化研究。2003年回国后,她结合国内的研究实际,从组蛋白共价修饰研究入手,对植物表观遗传学进行了系统深入的研究。曹晓风团队做出了两项首次:首次发现组蛋白甲基化和去甲基化能抑制转座子跳跃,并在基因组水平上证实转座子具有调控功能(不仅仅是“垃圾DNA”);首次揭示了蛋白质精氨酸甲基化通过转录后水平调控基因表达的新机理,奠定了我国植物表观遗传研究领域的国际地位。

  同时,曹晓风也开始了一个新的重要科学课题:温度变化对植物生长发育的影响。这既是生物学的基础问题,又有很好的农业应用前景。“我目前的科研兴趣是想了解植物体内的温度情况,特别是每个细胞内的温度和每个细胞器内的温度,但现在这些还是未知的。”曹晓风说到,“我们知道袁隆平袁先生的杂交稻需要一个不育系。两系杂交水稻中的温敏不育系对环境温度很敏感、孕穗期在高温条件下生长会造成不育的表型(可以用于制备杂交水稻),但孕穗期如果在低温条件下生长就能结实产生种子(用于不育系自身的繁殖)。我很好奇,植物是如何感知温度的,而且是用什么机制来传递这个温度信号进而对温度变化做出响应的。”

  但就目前而言,还没有一个好的方法和手段来证实,这也正是目前实验的一个难点。而在这方面一旦实现突破,将有望解决由于全球气温变暖、极端气候频发等造成的水稻减产问题。

  “气侯的改变是人没有办法抗拒的,所以科学家只能从研究中找到更耐高温或更耐低温的基因,并用高科技手段进行育种应用,最终提高粮食的产量,或者让粮食少减产来保证人类的需求。”曹晓风如是说。

  以下为网易科技对曹晓风教授的采访部分内容:

  网易科技:您一直从事的是植物表观遗传学的研究,对于普通大众来说还是稍有生涩,您可以通俗的解释一下吗?

  曹晓风:表观遗传学是遗传学研究中的一部分。遗传学研究的是基因与表型之间的变化规律,即研究当基因发生改变后,导致表型变化的学科。而表观遗传学研究是在基因(DNA)序列没有改变的情况下,表型发生改变的学科。主要是一些环境因素,导致在DNA和DNA缠绕的组蛋白上发生化学修饰,最后产生表型的改变。

  网易科技:您的研究有很多“首次”:首次在基因组水平上证实转座子具有调控功能;首次揭示了蛋白质精氨酸甲基化通过转录后水平调控基因表达的新机理;这些首次的意义是什么?

  曹晓风:这是很多基础科学研究都会面对的问题,在得到部分结论的时候,也许并不知道它有什么实际意义。比如转座子是上世纪40年代到50年代美国的科学家麦克林托克最早在玉米中发现的,但是很长一段时间大家都没有认识到这项研究的重要意义,直到1983年她的这项研究成果受到广泛关注,并获得诺贝尔奖。所以科学研究的意义是长远的、系统的,不是大家不认可,就没有意义,反之亦然。

  人类中,近百种疾病是由于转座子活性异常造成的。在植物育种中,也有很多表型不稳定是和转座子有关系的。比如很多重要的表型,像我们吃的血橙的颜色受生长环境温度的控制,如果环境变冷,存在于控制血橙颜色基因上游的转座子中的调控元件受到冷诱导,指导下游的颜色基因发生改变,最终影响橙子的颜色。转座子跳跃跟我们研究的很多性状都直接相关。

  所以基础科学研究在最原始的状态下,我们并不能说它一定有什么价值,我们知道的只是冰山一角,随着研究的深入,我们了解的也会越来越多,基础研究的重要性也会逐渐地体现出来。

  网易科技:现在,科学家掌握交叉学科越来越重要,比如化学与生物,物理与化学等等,您如何看待这种现象?新的发现,会是在交叉学科上有所突破吗?

  曹晓风:我觉得交叉是发展的一个必然。现阶段,特别是化学手段的应用,使得生物体内有很多现象能够被示踪被标记,在活体中被观察到。另外,也有很多物理学技术应用到生命科学研究当中,解决了许多单独靠生物学手段没有办法解决的难题。

  比如现在基因组水平研究有很好的进展,但它需要依赖强大的生物计算。再比如细胞学的发展,同时依赖化学标记手段的引入,以及更精细的物理显微镜。我觉得交叉科学非常重要,也是今后特别好的一个突破点。

  这些交叉学科的结合,能够让人们更全面地认识这些生物基本过程。其实我以前的专业是应用生物化学,先学了两年半化学才开始学习生物,化学背景对我日后科研具有非常大的帮助。

  网易科技:您有什么自己感兴趣,但是目前来说还是很难有所突破的一些方向吗?

  曹晓风:人是恒温动物,正常体温在37度左右。我国南方和北方温度差别很大,植物不能移动,它们是如何感应温度又是如何适应温度的?我目前的科研兴趣是想了解植物体内的温度情况,特别是每个细胞内的温度和每个细胞器内的温度,但现在这些还是未知的。

  我现在在研究温度调节相关的基因,主要用于杂交水稻的研究中。我们知道袁隆平袁先生的杂交稻需要一个不育系。两系杂交水稻中的温敏不育系对环境温度很敏感、孕穗期在高温条件下生长会造成不育的表型(可以用于制备杂交水稻),但孕穗期如果在低温条件下生长就能结实产生种子(用于不育系自身的繁殖)。我很好奇,植物是如何感知温度的,是用什么机制来传递这个温度信号进而对温度变化做出响应的。

  网易科技:目前所遇到的困境是什么?

  曹晓风:困难就是你刚才提到的物理和化学手段。如果人发烧了,可以用体温表测体温。但是植物细胞内的温度怎么测定,现在我们还没有好的方法。目前可以说是没有一个好的工具。但是现在化学家已经根据化学反应,用指示剂来测定,像pH值一样,温度改变,颜色就有变化。但是这个方法能不能用于植物研究还是未知的。我们希望利用化学或者物理的方法来测定植物的温度,来研究植物是如何感知高温和低温的。一天昼夜、一年四季,温度总是在变化,但植物如何感受温度调节生长,是一个非常重要的研究方向。

  网易科技:如果这个有突破的话,对普通用户来说,可能会感受到的意义是什么?

  曹晓风:现在全球气候变暖,并且极端的气侯频发。比如今年上海持续高温,长江中下游很多产地水稻减产。东北经常遭遇低温冷害造成大量的减产。如果我们知道植物是如何感应温度,让它对高温或低温不那么敏感,也就是说能够抗高温或低温,那它就可以继续保持高产。

  如果我们知道植物如何传递温度信号,让它对温度有一定自我调节能力,也能够大大地减少损失。也许很多植物或作物都会有类似的机制,希望通过我们的基础科学研究来揭示这个机制。

  网易科技:有人说21世纪饥饿可能是最大的一个问题。对于中国科学家来说在做哪些努力来改变这个问题?曹晓风:气侯的改变是人没有办法抗拒的,所以科学家只能从研究中找到更耐高温或更耐低温的基因,并用这些理论进行育种应用,最终提高粮食的产量,或者让粮食少减产来保证人类的需求。

  网易科技:荷兰在很多年前就提出来要用一半的资源生产出两倍的粮食,像这样的口号,您感觉是有可能的吗?

  曹晓风:要是对它(理论)研究的好,还是有可能的。但需要有特别好的基础科学理论基础,我个人觉得中国的发展需要对基础科学给予更多的关注和鼓励。

  网易科技:那么,中国对基础科学研究的鼓励是一个怎样的状态?和国外相比。

  曹晓风:我觉得不同的领域可能不太一样。跟人类健康相关的基础科学还是有一些的,但是生命科学中的植物科学或者农学需要更多的鼓励。美国仅有世界5%的人口,但耕地面积占世界耕地面积的13%,所以没有那么紧迫的粮食问题。中国不一样,中国耕地面积仅占世界耕地面积的8%却要养活世界上20%的人口,每个国家的国情不一样,所以中国应该有更多的投入来解决粮食问题。但是我们说到粮食问题,也不是说只有做育种才能解决。如果对它的理论机制不了解,也很难应用。所以我个人觉得基础科学非常重要。

  网易科技:其实科学研究宣布一项成果,大家都是争分夺秒的,很多team在跟你比赛。所以在治学严谨和PK方面,你怎么看待这样的一个平衡,尤其是韩春雨事件。

  曹晓风:我属于慢工出细活的人。我希望我做的工作能被人认可,而不是昙花一现。科学容不得半点错误。我觉得做学问“既快又好”当然好,如果“快、错”,那不如慢。

  这个就是取舍,如果要在“快”和“对”之间取舍,我一定是选择“对”,而不是“快”。评价文章好坏不一定只看影响因子的高低,重要的是解决了什么科学问题,有什么新发现,和高影响因子相比,有新发现对我来说更重要。

  快问快答:

  网易科技:您最敬佩的科学家是谁?

  曹晓风:Barbara McClintock。

  网易科技:您怎么对遗传生物学这个领域产生兴趣的?

  曹晓风:其实我是经历了很多其他的学科,细胞生物学、分子生物学、生物化学,最后发现我还没做遗传学,就一不留神进入了表观遗传学领域,很偶然。

  网易科技:提到科学的话,您最先想到的是什么词?

  曹晓风:创新。

  网易科技:您的梦想是什么?

  曹晓风:有更好的发明,为人类服务。

  网易科技:你感觉做科学家最需要什么样的精神?

  曹晓风:执着、坚持

  网易科技:做科学最难的是什么?

  曹晓风:坚持。

  网易科技:你想对科学家的人的忠告是什么?

  曹晓风:诚实和坚持。

  网易科技:如果不选择目前这个领域的话,您会选择哪个领域?

  曹晓风:老师。其实我从小的理想就是当老师,现在当科学家也是老师的一部分。

  曹晓风资料:

  曹晓风,中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员,博士生导师。主要从事植物表观遗传学相关研究,现任中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员,中国科学院(CAS)和英国约翰?英纳斯中心(JIC)联合中心共同主任。中科院妇工委委员,研究所妇委会主任,国际植物表观遗传学专家委员会委员,《中国科学》和Journal of Genetics and Genomics (JGG)副主编、Current Opinion in Plant Biology和The Plant Cell等杂志编委;先后获得美国“杜邦青年科学家奖”、“中国青年女科学家奖”和中国科学院“十大女杰”等称号。先后入选国家级“新世纪百千万人才工程”和中组部“万人计划”第一批百千万工程领军人才,并于2015年当选中国科学院院士,2016年当选发展中国家科学院院士。

  她积极承担国家重大任务,先后担任科技部、农业部、基金委、中科院各类重大任务首席科学家,累计主持重大项目18项。她长期从事植物表观遗传学研究,在植物DNA甲基化、组蛋白共价修饰和小分子RNA等领域取得诸多系统性、原创性成果,累计发表论文100余篇,被SCI论文引用8000次以上, H因子40+。

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