
倪敏教授长得非常清瘦,谈吐简洁实在,与他交流,能在短时间内获得非常多的信息。他主要的研究内容和成绩,一直与光有关。他的科研历程与科研心路,也一直是在对“光”的寻求与执著中。
《Nature》之光
1982年,倪敏从当时的牧医系本科毕业留校,3年后公派出国到美国肯塔基大学做访问学者,两年后申请到了去俄克拉荷马大学读博士的机会,研究了5年植物蛋白质化学,在普渡大学接受2年的分子生物学训练,后来到了加州大学伯克利分校,正式与光结缘。
加州大学伯克利分校令倪敏异常仰慕,他所在的植物生物学及微生物学系,师资中一半人是美国科学院院士,他的老板PeterQuall院士,在世界上最早解释了光的原理,更是光敏素研究第一人。他实验室招的博士后,水平普遍很高,大家既能独立工作,也能够相互帮助。正式在伯克利的5年,倪敏在世界顶尖杂志 《Cell》和《Nature》上发出了2篇关于光的文章,至今两篇文章已被同行引用500多次。
“说实话能出这么好的结果有误打误撞的成分,但如果我当时不坚持下去,就很难说结局如何。因为5年在一个地方做博士后,很多人并做不到。”
这两篇文章都是关于光敏素的。光敏素,是植物体内的一种蛋白色素,有钝化型和活化型两种形式,分别吸收红光和远红光而相互转化。植物主要通过这种色素接收外界的光信号来调节本身的生长和发育,但是进行光调节的受体是什么,即植物细胞内哪个部分、哪种成分感觉光的存在、强弱、颜色等,在科学界却是未知的。PeterQuall院士在1985年就拿到了这个受体的基因,却不知道怎么分析下去。看到倪敏是个喜欢摸索又能耐住性子的人,又有着扎实的蛋白学和分子生物学背景,PeterQuall院士就让倪敏破解这个基因。很长一段时间,倪敏就在一个庞大的基因库中逐一筛选,最终在细胞核上找到了PIF3,即光敏素蛋白3,这个光信号途径极为重要的组成部分。
当时,分离提取基因的方法在植物上面还没有成熟的技术,倪敏就参照动物研究的方法,做了半年多,用各种方法试验,一直没有进展。他猜想可能是基因库小的原因,偶然发现隔壁的实验室有个大库,就扩大了自己筛选的范围,最后发现了光敏素蛋白3。要证明蛋白互作,倪敏一度尝试用大肠杆菌和酵母菌作载体,但是都失败了。在到处寻找载体时,偶然间,他看到了红细胞抽取液,放进去一段DNA后,这种抽取液竟然成了非常理想的媒介。植物光敏素里的光团是个大分子,光一照,里面的蛋白就变了,没有办法进行分离。换了海草来试验,竟然表现出了与植物一模一样的表现,这让倪敏非常高兴。光敏素蛋白被注入红细胞抽取液,把试管放置于冰上,红光一照,两个蛋白靠近了,活了;用远红光一照,两个蛋白分开了,一分钟就掉下来。这充分说明蛋白也是有活性的,而光能调节蛋白互作,和学术界十二世纪四十年代的科学猜想吻合了。
发现让人兴奋,但是老板却不相信,因为他一直认为这个蛋白应该在细胞膜上。实际上,这个蛋白一开始的确是在细胞膜上,但是通过一步步的信息传导,就到了细胞核上,正是这种游动与传导,一步步调节细胞变化,从而促进植物的生长。
老板不承认结果,倪敏只好继续往下做。不料半年后,实验室里一个博士后在分离基因做突变体时,也发现了那个蛋白。一个从生化机理突破,一个从突变体深入,却碰上了同样的蛋白。老板终于打消了怀疑,催促倪敏快点整理文章。1998年,倪敏投寄给《Cell》的文章发表,1999年,《Nature》又刊登了倪敏的发现。光敏素蛋白3,这个里程碑式的蛋白,成就了Pe鄄terQuall实验室前后几十篇的《Science》、《Nature》和《Cell》。
基础之光
有那么好的文章,1999年,倪敏顺利应聘到明尼苏达大学做助理教授,11年后成为教授。“通常,博士后出站后会利用原先的积累开展工作,拿项目;而我相当于白手起家,因为老板不希望我继续博士后的研究。”
PeterQuall一直对光敏素情有独钟,学生们都说“他跟光敏素结婚了”。因为倪敏实在太能干,离开实验室时,老板跟倪敏谈话,希望他放弃对光敏素的研究,免得以后和实验室有竞争。“我很痛快地答应了,因为不愿意和老板有摩擦。实际上,我不做,其他的学生出站后也在做。”
2000年,倪敏在明尼苏达大学建立的实验室开始运转,他继续做光的研究,但是避开了最可能出成果的受体和信号传导领域。“我做光的基础研究,老板研究光的尖端,没有距离就不会产生冲突。一无所有,就更得使劲往前冲,要学会自己讲故事。”
8年之后的2008年,倪敏成功申请到美国国家自然科学基金,2009和2011年,他又拿到一项国家自然科学基金,一项农业部基金,每一项都有五六十万美金。从2007开始,美国陷入次级贷引发的金融危机,对科研经费的投入少了许多。据说,国家自然科学基金资助比例只有10%,农业部基金则是5%,而倪敏在这一段特殊的时期竟然拿到这么多资助,被许多同事称为“有钱人”。
在美国申请课题并不容易,立项要新颖,意义要重大,科研计划必须非常详细,技术路线里要有故事,经费分配要无懈可击,更需要有非常坚实的科研基础。倪敏能顺利拿到那么多项基金,就是多年积累的科研实力的生动证明。
“我觉得要写好本子,其实就是如何讲好故事。一份申请书其实就是要讲一个完整的、有趣的、有意义的故事。撰写者要学会发现问题,每一步可能出现的困难,解决的措施,都要考虑到,思考问题的深度和广度要永远在已经掌握的技术前面。”
到明尼苏达大学之后,倪敏重点研究红光和蓝光。大家都知道,植株气孔开放大小受自然环境中的蓝光调节,但是连接蓝光感应气孔开放的相应信号组件在很大程度上是未知的。倪敏克隆出了一个红光特异信号传导基因,鉴定了一组对红蓝光敏感的突变体,这些突变体可以破坏蓝光诱导的气孔开放反应,通过减少气孔活动来减少水分流失,使得植株更耐干旱。目前,倪敏的实验室正在研究这些组件在光导气孔运动信号转导通路中的相互作用,在《PlantCell》和 《PlosGe鄄netics》发表了一系列研究论文。
祖国之光
随着国内科研环境的显著改善和吸引人才力度的增强,倪敏回国工作的愿望也越来越强烈,2013年,倪敏入选国家“千人计划”,回母校山东农大工作,因为妻儿都在美国,明尼苏达大学实验室继续运转,倪敏从此开始了在中美两国来回奔波的生活。2014年,国内的实验室开始运转,他继续开展光的研究,也开始涉猎超基因表达,意在通过增大种子的体积而提高作物的产量。
生物学上的许多研究都是以模式植物拟南芥作为对象。拟南芥种子的发育需要经历一个胚乳迅速增多又被迅速消耗掉的过程,种子大小由母本胚珠、胚乳和胚胎生长的相互协调决定,但是这种调控机制目前仍然没有得到很好的解释。怎样调节种子胚胎、胚乳发育和种子大小,生长基因怎么被引爆,如何打开或者关闭发育途经,现在都是该领域研究的热点。目前,倪敏实验室通过对shb1-D进行EMS诱变,已经筛选到 2个抑制shb1-D表型的突变体,通过粗定位和高通量测序,确定了突变的SNP位点,对其生理生化功能的研究正在推进。实验室工作人员还正在研究一个在胚乳与种子发育过程中起重要作用的富含亮氨酸的跨膜受体激酶,研究其表达的位置以及它结合的配体和调控的底物,进一步揭示种子发育的分子调控机理。
2007年山东农大成功申请了作物生物学国家重点实验室。这个重点实验室,是倪敏工作的重要平台,也是倪敏为之努力奋斗的支点。对实验室的评估、建设、推进、人才引进与培养等,倪敏一直是不遗余力做贡献。同事们遇到科研瓶颈问题与他商量,他毫无保留;找他修改课题申请书,倪敏更是非常热情。对国内的工作与生活环境,倪敏充满了喜爱与欣赏。
“美国人讲究独立,也倡导强者文化。所以,在美国做PI(项目主持人),我处理事情的态度也变得相对强硬。但是在美国人与人之间沟通较少,大家都保持着适当的距离。在美国大学里,大家一般到65岁或者70岁才退休,退休后也是居家过日子或者去养老院。我每次回国,都会带着学生出去吃饭,喝点酒,聊聊天,觉得特别开心,性格也变得柔和起来。国内的教师60岁就可以退休,退休了还有专门的组织管,就像农大还有离退休处,有人组织活动,有人嘘寒问暖,真的觉得非常幸福。
回国工作,让倪敏觉得幸福,他更把回国工作看作一个游子报效祖国、回报母校的最好途经与方式。“明尼苏达大学四分之一的办学经费是科研经费,我也希望能为山东农大多带来一些经费,目前我已经争取到了 2项国家自然科学基金。我也希望自己的思维方式、自己的管理方式和国际视野,能带给作物生物学国家重点实验室更多的推动。”
导师之光
如今,在中美两国,倪敏都带着一些学生。他对学生态度随和,但是要求非常严格,希望他们能在自己的培养下成长为优秀的研究人才。
“我在美国的时候,与国内的学生随时用Emai联系,每个礼拜天晚上则用视频交流,学生也会事先准备好PPT,这样交流起来比较直接。我不想带很多学生,只是希望把每一个学生都带好。”
倪敏说,他希望能带出数个坚强、自信、能吃苦却不急功近利的学生。“学生要能干,但也不能从白干到黑,要学会适时转变方法。现在有些孩子过于娇气,而且太务实,还不能接受批评,就很难出像样的成绩。我在美国曾经带过一个兰州大学去的博士生,不小心摔了脚,大冬天拄着拐杖,也是一天不落去实验室。在实验室待了5年半,出来了3篇文章,2篇影响因子大于10的。到加州理工学院工作后,很快就在《Nature》上发了文章,找到了终身教职。所以要想出成绩,还得肯吃苦,愿意闯。”
倪敏也碰到过非常急于出成绩的学生。“有个博士后,前一两年做得不太顺利,就觉得我在忽悠他,着急离开了。有个韩国来的博士后,做的课题小多了,憨憨地一直做下去,却出了非常好的成果。学生和老师,博士后和老板,都是利益共同体,怎么可能有欺骗呢?所以,大家相互之间的信任非常重要,执著的精神更为关键。”
有点傻,有点憨,但是有思路,有主意,倪敏是这样的人,也希望能遇到并调理出这样的学生。“做科研自己得有主心骨,有点傻傻的执著。我在加州大学伯克分校做博士后,到第3年时,有人也劝我走,但是我感觉会出东西,所以就坚持下来了。只要是自己真正感兴趣,心平气和地做下去,及时地总结、分析,肯定能出成绩的。我们这一代去美国较为熟悉的人中,出了5个搞植物的院士,比如杜克大学的杜心妍,加州大学河滨分校陈雪梅等,每个人都是又能干又会干,而且有点傻傻的执著,不在意一时的得失。”
正是因为理智选择最好的平台,又执著于自己的研究方向,倪敏取得了令人瞩目的成绩,如今,在中美两国的实验室,倪敏既研究遗传和分子生物学,又做蛋白,这是两个前沿又热闹的领域。“如今,这两种技术都能掌握,就比较容易出东西,我带着我的学生,正在努力!”