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严顺平:植物基础研究的快乐探索者
作者:匡敏编辑:黄玮审核:吴义生发布时间:2022-04-25

异彩纷呈的植物世界,深藏着令人神往的奥秘,吸引着众多科学家为之不懈奋斗。

作为我国植物DNA损伤应答机理研究领域的开拓者,生命科学技术学院严顺平教授团队八年磨一剑,成功填补了该研究领域多项空白,极大地推动了人类对植物DNA 损伤应答的认识。

一系列成果的背后,有着怎样的攻关故事?

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严顺平老师在实验室(受访者 供图)

“宁肯难一些,也要填补有意义的空白!

1978年,严顺平出生在杭州市淳安县的一个小村庄,受身边老师的影响,从小他便立志成为一名科学家。

机缘巧合之下,严顺平在大一时就进入植物学实验室开展研究,从此便与植物学研究结下不解之缘,也是这段科研经历,点燃了他探索植物奥秘的欲望。

2001年,严顺平考入中国科学院上海植物生理生态所攻读博士学位。博士毕业后,一心渴望科研报国的严顺平选择前往美国杜克大学生物系深造。出国的那天,身为共产党员的严顺平告诉自己:“一定要学成归来,为祖国科技自立自强贡献自己的一份力量。”

博士后期间,严顺平不仅攻克了“水杨酸受体”这一学界公认的难题,还成功揭开了一个未知功能基因SNI1的“分子身份”,相关研究成果发表在Nature(共同第一作者)、Molecular Cell 等杂志。

严顺平老师与学生一起查看拟南芥长势(匡敏 摄)

严顺平老师与学生一起查看拟南芥长势(匡敏 摄)

2014 年,博士后出站的严顺平在众多高:脱芯克醒≡窳税拿判缕中戮8455com。彼时,已在“植物抗病机理”领域崭露头角的严顺平,却作出了一个“令人不解”的决定——开辟“植物DNA损伤应答机理”这一新的研究方向。

所有生物的最终目标是把正确的遗传信息(DNA)传递给下一代,但 DNA会不断地受到各种外源和内源因素损伤,如果这些损伤不能被修复,就会导致基因组不稳定,并影响复制和转录这两个重要的生物学过程。在生物学研究领域,“DNA 损伤应答”是一个非常重要的基础生物学问题,也是生命科学的前沿领域之一。而那时,全球范围内开展植物DNA损伤应答相关研究的实验室还为数不多。

在严顺平看来,在动物体中,DNA 损伤应答机制的缺陷会导致很多疾。ň蟛糠值陌┲。与动物不同,植物体内的 DNA 损伤非常频繁,但是植物不会“得癌症”,这表明植物进化了特殊的DNA 损伤应答机制。与动物的研究相比,植物 DNA 损伤应答机制的研究还比较有限,很多重要的科学问题亟待解决。

“虽然开辟这一新方向意味着探索之路更为艰辛,但科研就是要真正填补一些有意义的空白,拓宽人类认知的边界。”这是严顺平开辟新方向的初衷。

带着这份初心,严顺平带领团队开始了艰难的探索。

“将研究成果写进教科书”

“基础研究是科技创新的源头,要敢于实现从0到1的突破,争取将研究成果写进教科书。”这是严顺平与团队师生们共同的心愿。

这个心愿,也一直激励着团队师生们在科研之路上砥砺前行。

回忆起科研探索的历程,严顺平课题组第一位博士后王利利对刚进组时的情形依然记忆犹新。“因为可参考的文献资料非常少,实验室也尚未建立成熟的研究体系,早期的研究如同在黑夜中摸索。”

让王利利印象最为深刻的,要属研究“植物ATR-WEE1激酶模块激活细胞周期停滞机制”的那段经历。

长期以来,植物ATR 和 WEE1 如何激活细胞周期停滞是一个悬而未决的科学问题,也是严顺平一直想攻克的一个难点。

在顺利完成系列表型解析实验后,本来信心满满的王利利却在ATR 和 WEE1的互作机制研究方面“卡壳”了。

严顺平老师与学生探讨激光共聚焦实验结果(匡敏 摄)

严顺平老师与学生探讨激光共聚焦实验结果(匡敏 摄)

“那阵子,严老师带着我们不断提出假设、验证,但没有一条路可以走通。”王利利坦言,历经数十次验证失败后,自己甚至怀疑过严老师选择这一研究方向的合理性,好在有严老师一次次的鼓励,自己才坚定了做下去的决心。

转机出现在一次磷酸化实验结果出来之后,细心的王利利将一个微小的变化“揪”了出来,后续的难点也被一举攻破。

这项研究不仅“打通”了植物 ATR-WEE1 信号通路,首次阐明了植物 ATR-WEE1 激酶模块激活细胞周期停滞的机制,对利用 WEE1 抑制剂治疗癌症也具有指导意义。相关研究成果发表在 Nature Plants 和 Nucleic Acids Research 杂志。

看到论文接收函的那一刻,王利利激动不已。她动情地说,“感谢严老师的坚持,带我冲破思想桎梏,筑牢科研信念。”

让研究团队兴奋的不止于此。这两项研究成果中,发表在 Nature Plants 的论文入选了 ESI 高被引论文,欧洲科学院院士 Pascal Genschik 的综述论文系统地介绍了这两项工作,并将其总结在工作模型中,植物细胞周期调控的权威专家 Lieven De Veylder 也在综述论文中把这两项工作总结在工作模型中。

至此,团队迈出了重要一步。

严顺平与学生一起讨论实验结果(匡敏 摄)

严顺平与学生一起讨论实验结果(匡敏 摄)

团队的“雄心壮志”远不止于此。

DNA双链断裂是最严重的DNA损伤形式。同源重组修复(HR)是精准修复DNA双链断裂的主要机制,也是利用基因组编辑工具进行基因打靶的基。参锏幕虼虬械男屎艿。

“同源重组修复效率低是限制基因打靶的关键因素之一,要提高基因打靶效率就必需搞清楚植物调控同源重组修复的机制!”2016年,这一想法在严顺平脑海中浮现。

经过反复推敲后,严顺平渐渐意识到,已有的植物DNA损伤应答研究大多借鉴动物模式,但植物在进化过程中形成了特殊的DNA损伤应答机制,光借鉴动物模式可能会忽略植物所特有的基因。

“利用模式植物拟南芥的优势,从遗传筛选入手,会不会发现植物特有的DNA损伤修复基因?”带着这份期许,严顺平带领团队开始了一次全新的尝试。

经过大量的遗传筛。哦映晒Ψ⑾至硕訢NA损伤试剂超敏感的DDRM1突变体。这个突变体的发现,让严顺平兴奋起来。

然而,DDRM1是植物特有的蛋白,没有动物中相关研究的参考,因此,要解析它的作用机制也并非易事。

研究团队决定从寻找DDRM1的互作蛋白着手,这也是博士后王轩鹏接手课题后要攻克的第一个难点。

由于植物中DDRM1蛋白的水平很低,在已公布的蛋白组数据中,都没有它的“身影”,这无疑让本就“扑朔迷离”的探索更加艰难。团队在尝试了常用的串联亲和纯化+质谱、酵母双杂筛选等方法后,竟没有一个方法奏效,课题也一度陷入了停滞。

严顺平与博士后王轩鹏讨论论文撰写(匡敏 摄)

严顺平与博士后王轩鹏讨论论文撰写(匡敏 摄)

转录因子SOG1是植物DNA损伤应答的核心蛋白之一,被认为是动物抑癌蛋白p53的同功能蛋白。自从2009年首次被发现后,SOG1就成为了植物DNA损伤应答研究中的一个“明星基因”。

“DDRM1和SOG1都是植物特有蛋白,都参与DNA损伤应答,那它们之间会不会有互作呢?我们可以试一下。”严老师在组会上的这一猜想,让陷入停滞的课题迎来了转机。

类似的“神猜想”不止这一次。为了打开DDRM1和SOG1互作的这一“黑箱”,王轩鹏已记不清与严老师提出过多少个模型,也记不得做了多少次验证实验。就这样,一个个“硬骨头”被一一砸开。

团队最终发现,DDRM1能够单泛素化SOG1并提高SOG1的蛋白稳定性。这一研究不仅开辟了研究植物DNA损伤应答的新模式,也发现了植物调控同源重组修复的特有模块DDRM1-SOG1,揭示了植物调控同源重组修复的新机制,为利用同源重组修复机制提高基因打靶效率提供了新方向,相关研究成果发表在国际期刊PANS上。

“搞科研如同破案,其乐无穷”

在团队师生眼里,严顺平老师总是面带笑容,声音温和而坚定,身上似乎有股打不垮的韧劲。在大家看来,这份坚定与韧劲,也许是严老师在长期的基础研究中“修炼”而来。

基础研究往往需要经历一个“大浪淘沙”的过程,不仅周期长、见效慢、投入大,失败也是家常便饭,成功反而难得一见。而这般的“苦”日子,严顺平却品出了别样的甘甜。

“科研真正的乐趣,不是发论文,而是‘破案’ 。从细致的观察中发现蛛丝马迹,再根据现象自我发问,不断推理,提出假设,再进行验证,环环相扣,揭秘隐藏在现象背后的科学本质,过程虽辛苦,但‘破案’的成就感也其乐无穷。”崇尚快乐科研的严顺平分享着他的工作感受。

走进严顺平老师的办公室,一张写满实验模型的白板映入眼帘,这里,便是严老师时常与同学们一起“探案”的地方。

严顺平老师与学生一起在白板上“探案”(匡敏 摄)

严顺平老师与学生一起在白板上“探案”(匡敏 摄)

每次成功“破案”背后,都是一段夜以继日奋战的征途。

多年的科研生涯,严顺平主持和参与完成的7项科研课题,都是鲜为人知的“寂寞长跑”。而每当遇到问题,严顺平都会平心静气地和团队成员一点一点分析,一项一项攻关。

严老师的默默坚守,也在潜移默化间感染着身边的每一个人。

王轩鹏说:“每当我们在科研中感觉‘走投无路’时,严老师总能带领我们披荆斩棘、穿越黑暗,向着未知不断前行。现在,我们团队师生都是‘崇严粉’。”

近五年来,在严顺平的带领下,团队陆续在Nature Plants、PNAS、Nucleic Acids Research、Plant Cel l等杂志发表10篇论文,引起了同行的高度关注。

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严顺平老师与团队师生在一起(受访者 供图)

凭借在植物 DNA 损伤应答方面的成绩,严顺平也多次受邀在 DNA 损伤应答领域的国际会议上做口头报告。他用一项项出色的工作,让世界听到了中国科学家的声音。

从最初在黑暗中摸索,到研究成果蜚声国际,已经进入丰产期的严顺平更加笃定,他说:“未来,我们期待向科学界展示植物特有DNA损伤应答网络全貌,填补更多基础研究空白,为国家科技自立自强贡献更大的力量。”

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