破解植物生殖密码
文章作者:   |发布时间: 2016-10-22
 


  对于生命科学学院的张彦教授来说,2016年8月4日是一个难忘的日子。在这一天,国家自然科学基金委员会公布了年度国家杰出青年科学基金建议资助项目申请人名单,她名列其中。要知道,国家杰青作为国内风向标式的高端科技人才资助项目,让很多中青年学者孜孜以求,也让国内高校和科研院所竞相追逐。
  今年是张彦回国来校工作的第六个年头。这六年里做理论研究的她在  《ThePlantCell》《PlantJournal》《ThePlantPhys鄄iology》等植物学国际顶级刊物上发表论文20余篇,影响因子累积超过120,为阐明植物配子体发育、细胞形态建成、细胞间信号交流的调控机制提供了重要信息,并先后获得“泰山学者海外特聘专家”、山东省自然科学杰出青年基金、留学人员回国创业奖、青年科技奖……面对取得的成绩,39岁的张彦淡定地说:“不看重一时成败,只要努力去坚持就行了。”正如她说的那样,在植物学研究领域,张彦始终专注生殖发育方向,探根究源,破解了一个又一个密码,搭起一条又一条清晰的理论通道。

厚积薄发初露锋芒

     1998年张彦从新疆大学毕业获得学士学位后,先后到中科院遗传与发育研究所、德国马普植物育种研究所攻读硕士、博士学位,这期间她没有在国际刊物上发表过论文。
  读博士时,张彦的导师只在入学初告诉她做植物育种方面的论文课题,并没有为她详细安排研究方向和实验设计。心里没底的张彦自己查阅了大量相关资料,细细琢磨别人的研究思路。
  “花粉是种子植物的特有结构,它的正常发育是植物有性生殖顺利完成的必要条件之一。不同物种的花粉和雌配子体之间大都不能相互识别,也就是所谓的生殖屏障,这是如何产生的?另外在比较恶劣的环境下,为什么有很多作物不能结出果实?有些转基因作物的花粉被风吹到相邻区域的非转基因同类作物植株上,会产生杂交后代,如何防止这类污染?”这些未知因素激起了张彦的兴趣。她把研究目标瞄向植物有性生殖领域,尤其是花粉发育的调控机制方面。
  为尽快熟练掌握研究中有关实验技术,张彦跟着研究所的博士后、技术员学习。她天天“泡”在实验室,不断尝试自己设计的一个个研究方案,然而结果并不尽如人意。三年后,张彦没有发表研究论文,但她勤奋地做研究和良好的研究态度被导师认可,因此被准予按时毕业。
  虽然没有发表文章,但张彦在博士期间得到了良好的课题设计能力训练,也受到了很多优秀研究人员的熏陶。她所在的国际马普研究学校没有设置固定的专业课程,而是定期安排辅导员带领学生去波兰、匈牙利、德国、法国的一些研究所,进行为期约一周的学习。这些研究所的研究方向并不相同,涉及结构生物学、固氮菌和固氮作物、细胞信号转导等多个研究领域,而与张彦从事的植物育种学研究并不  “搭界”,甚至相差甚远,但授课老师都是各研究所的优秀研究人员。张彦除了学习授课教师的研究思路,还根据老师留下的问题,和同去的学生一起查文献、设计有关研究方案,以小组形式讲解、讨论。
  设计博士后课题时,张彦游刃有余。在植物有性生殖过程中,精子通过花粉管输送到胚囊内,与卵细胞和中央细胞完成双受精。她查阅资料后了解到,科研工作者之前对花粉管细胞膜内受体做了大量研究,发现细胞内调控各种活动的中心信号分子是小G蛋白,但并不清楚小G蛋白是如何被激活的,这是一个很关键的待解问题。张彦决定开展这方面的研究。
  在博士后的第二年,张彦就发现植物花粉管细胞内小G蛋白的活化蛋白,弄清了就是它激活小G蛋白,阐明了它的作用机制。张彦把这个重要研究成果写成论文,发表在国际权威期刊  《美国科学院院报》上。此后张彦一发不可收拾,在为期四年的博士后研究生涯中又陆续发表了六篇高水平文章。
  2010年,张彦觉得自己学有所成,计划回国工作,在国内植物生殖发育研究领域开辟新天地。“当时感觉到国家对于基础科学研究的支持力度非常大,做得好就一定不会被埋没。”
  很快,国内很多高校向她抛出了橄榄枝,包括复旦大学、武汉大学等重点大学。在美国夏威夷举办的国际植物学学术会议上,张彦遇到了山东农业大学的张宪省副校长:“他听了我的学术报告,当得知我有回国工作的想法之后,热情地发出了邀请。”她最终之所以选择了山东农大,正是看准了这里的科研环境。

敢想敢做再攀新高峰

     张彦做任何事之前都会提前做好准备和计划。回国前夕,她逐一测量做博士后期间用过的实验台、柜子的高度、宽度等,并详细记录用到的各种仪器,尤其是倒置荧光显微镜的配置。回国面试时,张彦将山东农大分配给她的50多平米实验室上上下下量了个遍。为了充分利用所有空间,建实验室时,张彦凡事都亲力亲为,找装修公司,自己画图纸,再根据实际情况修改……。仅用了短短两个月的时间,她就建好了自己的实验室。
  “植物有性生殖发育方面还有很多未知的领域,我要继续研究下去。”来到山东农大工作后,张彦决定继续研究孢子体控制的花粉发育及花粉管极性生长机制。作为年轻导师,她的科研压力非常大。张彦把两岁的女儿交给父母照顾,每天从早到晚“钉”在实验室,读文献,设计课题,手把手教学生实验技术,及时跟进实验进展,分析数据和结果,设计下一步的实验。
  让张彦感到欣慰的是,她很快就发现了小  G蛋白在花粉管生长中的调控机制,找出了花粉管生长所依赖的多条信号途径,阐明了花粉管生长发育过程中的信号传导网络。这些成果以论文形式发表在《ThePlantCell》《PlantJournal》《ThePlantPhysiology》等植物学国际顶尖期刊中。仅在2013年一年内她就发表6篇科研论文,影响因子都在5以上,其中一篇被英国的医学与生物学论文评价和检索系统(Faculty1000)以新发现推荐,三篇入选中国植物科学年度重要进展。
  除了用模式植物进行研究外,张彦还对玉米衰老机制、雄性不育材料创制、环境胁迫对作物生殖情况的影响等进行了探索,希望从细胞生物学和分子生物学层面,研究提高作物耐旱性、杂交育种等方面的理论机制。
  现在,张彦凭借其在植物生殖发育方面深厚的学术造诣和突出的研究成果,受到了国内外同行的肯定。她主持了国家自然科学杰出青年基金、科技部973课题、国家自然科学面上基金、山东省泰山学者特聘专家人才工程、山东省自然科学杰出青年基金项目等多个研究课题,还受邀担任《ThePlantCell》《PlantJournal》等国际知名期刊的审稿人以及《FrontiersinPlantScience》刊物的编委,并多次应邀到国内外有性生殖相关会议、中国科学院、中国农业科学院等作学术报告。

培养受欢迎的人才

     “现在已有5名博士和5名硕士研究生从我的实验室毕业,他们都找到了继续深造的好‘归宿’,有去国外相关研究所的,也有到国内知名高校的。”说起自己的学生,张彦如数家珍。
  按照研究方向,张彦把实验室研究生分成了几个小的课题组。每个课题组由一名博士研究生担任组长,负责教给低年级学生实验技术,并与组内成员讨论实验设计、解决实验过程中遇到的问题等,形成了良好的“老带新”科研氛围。
  在每位学生开始论文研究前,张彦都会给他们设计两至四个研究课题,让他们根据自己的兴趣自由选择。“研究不是考试答卷,一定要有好奇心和发散性思维,思想尽量不要受到约束,能批判性地思考问题。”平日里,她也经常毫无保留地把自己设计课题的方法和经验传授给学生,叮嘱学生要跟踪最新文献,不断提高创新能力,鼓励学生多充电,理出好的论文课题研究思路。
  “我希望学生能够快乐地完成学业,享受科研过程,这样可以引导他们在受到严格训练后愿意继续从事科研。”每位学生在毕业时能拿到一张漂亮的“社会入场券”,这是张彦的愿望。现如今她也做到了,在帮助毕业生继续深造申请时,张彦总能得到对方肯定的答复。
  为本科生上课时,她经常会提一些没有固定答案的问题,让学生充分发挥想象力来回答。而学生给出的答案也时常让她感到惊喜。有一次张彦提出了“植物细胞核内有很多没有膜包被的聚集体,它们由不同的蛋白和小核糖核酸(RNA)聚集而成。这种聚集的机制可能是什么?”有学生回答说,这些复合体由细胞核膜上的核孔进入,而一个核膜中有成千上百个核孔复合体,会不会核孔的进入机制不同,致使有些蛋白从一个区域的核孔进入,在局部浓度非常大的情况下易于形成复合体。一旦发现对科研有兴趣,且创新思维好的本科生,张彦会主动和他们深入交流,邀请他们去自己的实验室读研究生。今年张彦又成功“说服”了一位优秀本科生到她的实验室做研究,这让她感到非常开心。
  张彦说:“科学研究道路无止境,甚至会无比艰辛,但我希望和研究生们一起,不断探索和揭示未解的科学问题,在植物有性生殖研究领域写出浓墨重彩的一笔。”