往前走 海闊天空——記山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授王勇

本刊記者 肖貞林

他是地道的山東人，生于斯，長于斯，透著山東漢子的質(zhì)樸和厚道。海外十年，他鄉(xiāng)音未改，舉手投足間卻多了一股自信和淡定。他不畏挑戰(zhàn)，堅信前進一步，海闊天空。他不是什么大人物，只是一位執(zhí)著于植物營養(yǎng)分子生物學(xué)研究的學(xué)者。

他，就是山東省泰山學(xué)者海外特聘專家，山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師王勇。

立意新：農(nóng)業(yè)也環(huán)保

植物營養(yǎng)分子生物學(xué)是近年來在植物營養(yǎng)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門新興學(xué)科，旨在分子水平上揭示植物吸收、運輸、轉(zhuǎn)化與利用各種營養(yǎng)元素的規(guī)律。與傳統(tǒng)植物營養(yǎng)學(xué)致力于提高作物產(chǎn)量、改善產(chǎn)品質(zhì)量不同，植物營養(yǎng)分子生物學(xué)的最終目的還在于提高作物對養(yǎng)分的利用率。

“目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上作物對養(yǎng)分的利用率很低，氮素的利用率基本在30%左右，磷素還不足30%。那些無法被吸收利用的養(yǎng)分在降水和灌溉的過程中就會流失到水域中。流失到地下水里的會形成污染，到地表水里的會導(dǎo)致富營養(yǎng)化。且不說水污染，單就富營養(yǎng)化而言，雖然國際上還沒有關(guān)于中國大面積水域死亡區(qū)的報道，但富營養(yǎng)化在國內(nèi)已經(jīng)很普遍。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國70%以上的湖泊都存在富營養(yǎng)化的問題。”王勇說道。他認為，植物營養(yǎng)分子生物學(xué)在國際上備受關(guān)注的原因很多，不僅在于該研究能夠提高養(yǎng)分利用率、減少施肥量進而減少環(huán)境污染，還有其隱藏的意義?！胺柿虾铣杀旧砭鸵拇罅磕茉?，像磷肥還要消耗資源。要知道磷礦石屬于不可再生資源，是非常有限的。如果能夠減少肥料投入，就能減少資源和能源的消耗。在我們這樣一個農(nóng)業(yè)大國，若能使這種研究推廣普及，能源和資源的節(jié)約量也是很可觀的?！?/p>

正如王勇所言，不管人們發(fā)沒發(fā)現(xiàn)，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中作物對氮、磷養(yǎng)分的吸收利用率低以及肥料的過量施用，已經(jīng)造成了嚴重的地表水富營養(yǎng)化、土壤酸性化、地下水污染等一系列生態(tài)和環(huán)境問題。培育高氮效、高磷效的高產(chǎn)作物新品種、提高作物的養(yǎng)分利用率是解決上述問題、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，對于發(fā)展高產(chǎn)高效農(nóng)業(yè)、減少環(huán)境污染和節(jié)省能源意義重大。他看到了這一點，也認定植物營養(yǎng)分子生物學(xué)在我國具有極大的發(fā)展空間，所以極有誠意地想要在已有的基礎(chǔ)上對這一領(lǐng)域做出新的突破。

早期，他曾先后克隆并測序了擬南芥和苔蘚中與磷轉(zhuǎn)運有關(guān)的PHO1基因同源的全部家族成員，并對這些基因的表達和調(diào)控進行了系統(tǒng)研究。該研究對于解析植物體內(nèi)無機磷酸鹽（Pi）的轉(zhuǎn)運和平衡機理有著重要的意義。

之后，他將精力大部分投注在氮素分子生物學(xué)上。通過美國健康研究所（NIH）資助的“植物產(chǎn)生一氧化氮的分子機理”項目，揭示了PHB3在過氧化氫誘導(dǎo)的植物體內(nèi)一氧化氮（NO）積累和NO介導(dǎo)的反應(yīng)方面的重要功能。尤其值得一提的是，在該項目中，他開發(fā)了一種新的遺傳篩選體系，選出了多個NO缺陷型突變體，并將其中一個定位克隆出來（PHB3）。實驗表明了一種潛在的機制，即PHB3能促進NO的積累，因而phb3突變體中受NO控制的過程就會有影響，其中包括乙烯信號轉(zhuǎn)導(dǎo)和細胞周期。而此前，雖然PHB家族基因在動物和微生物中有較深入的研究，在植物上也發(fā)現(xiàn)與乙烯信號傳導(dǎo)和細胞周期有關(guān)，但并沒有PHB基因與NO產(chǎn)生有關(guān)的報道。王勇的研究可謂是PHB家族基因領(lǐng)域的一個新發(fā)現(xiàn)。

而在美國國家科學(xué)基金（NSF）的資助下，他還對“植物硝態(tài)氮調(diào)控機理的研究”進行了探索，利用他們課題組最新發(fā)現(xiàn)的硝態(tài)氮（NO3-）順式元件，建立了篩選植物NO3-調(diào)控突變體的體系。通過該方法篩選出多個突變體，并將其中兩個（NRT1.1和NLP7）成功克隆出來。據(jù)悉，這是植物NO3-研究領(lǐng)域首次利用正向遺傳學(xué)方法成功地篩選出受NO3-調(diào)控的突變體，為發(fā)現(xiàn)新的植物NO3-代謝調(diào)控基因創(chuàng)造了條件。而在對突變體nrt1.1的鑒定中發(fā)現(xiàn)，NRT1.1很可能是一個NO3-轉(zhuǎn)運感應(yīng)基因。學(xué)術(shù)界都知道在真菌和哺乳動物中，有些養(yǎng)分轉(zhuǎn)運蛋白還具有感應(yīng)養(yǎng)分的功能，但在植物中尚未發(fā)現(xiàn)兼具這兩種功能的基因。前人研究表明擬南芥的NRT1.1是一個NO3-轉(zhuǎn)運蛋白，本次的發(fā)現(xiàn)則證實了這也是第一個可能的養(yǎng)分轉(zhuǎn)運感應(yīng)基因，對于植物NO3-以及其它養(yǎng)分的研究都有重要的指導(dǎo)意義和借鑒價值。

2010年11月，王勇回到山東農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)建植物營養(yǎng)分子生物學(xué)實驗室，繼續(xù)對植物硝態(tài)氮調(diào)控機理進行深入研究。利用建立的突變體篩選系統(tǒng)又選出了多個不同類型的硝態(tài)氮信號轉(zhuǎn)導(dǎo)突變體，并已成功克隆出兩個新的硝態(tài)氮調(diào)控基因，鑒于目前在本領(lǐng)域僅有少數(shù)幾個調(diào)控基因被鑒定出來，這兩個新基因的發(fā)現(xiàn)和深入鑒定必將極大地促進該研究領(lǐng)域的進一步發(fā)展，對于解析植物硝態(tài)氮調(diào)控的基因網(wǎng)絡(luò)、探明植物氮素高效利用的機理都有著深遠的意義。

道路新：做最前沿的研究

從多年來所做的工作中不難看出，王勇在研究中習(xí)慣于創(chuàng)新，從立意、定位、研究方法和思路，一直到成果，無一不凸顯著這一特點。這，固然是性格所致，也是在科研生涯的求索中一步步形成的。

1986年9月至1993年7月，王勇在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院先后獲得了學(xué)士及碩士學(xué)位，畢業(yè)后留校，在李晴祺教授課題組從事小麥遺傳育種工作，參與到“冬小麥矮稈、多抗、高產(chǎn)新種質(zhì)‘矮孟牛’的創(chuàng)造及利用”項目中。這個被他認為“能參與即榮幸”的項目，后來被授予1997年國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。此前此后，該獎項都空缺數(shù)載。這場經(jīng)歷引發(fā)了他對原始創(chuàng)新的思考，也令他發(fā)現(xiàn)國內(nèi)在分子生物學(xué)上的欠缺，“小麥育種其實是一種系統(tǒng)工程，追求集體的高產(chǎn)和抗病性強，但到底是哪些基因特別哪些關(guān)鍵基因起作用不得而知。那時候我就想如果了解分子生物學(xué)，研究起來就會更有針對性?！?/p>

其實，說起來，分子生物學(xué)在上世紀90年代也不過剛剛興起，國內(nèi)的研究者并不是很多，王勇卻敏感地認為一定要學(xué)好。為此，1999年10月，他遠赴法國國家科學(xué)研究中心植物分子生物學(xué)研究所（斯特拉斯堡）Dr. Francis Durst實驗室作訪問學(xué)者。那一年，他接觸到了這門學(xué)科，也因為短暫的接觸想要做更加深遠的研究。在導(dǎo)師的推薦下，翌年11月，他進入瑞士洛桑大學(xué)植物分子生物學(xué)系Prof.Yves Poirier實驗室攻讀博士，研究磷代謝的分子機制，一待就是五年。而后，因為對植物營養(yǎng)學(xué)的興趣，他轉(zhuǎn)到美國加州大學(xué)圣地亞哥分校生物學(xué)院繼續(xù)深造，其導(dǎo)師Nigel Crawford教授是植物營養(yǎng)分子生物學(xué)的奠基者，也是氮素研究的領(lǐng)袖級人物。直到2010年11月回國任職，王勇在Prof.Nigel Crawford實驗室做了整整五年，迄今仍與這位導(dǎo)師保持著密切的合作關(guān)系。

關(guān)于回國，他并沒有過多的糾結(jié)，“學(xué)得前沿的理念、技術(shù)和方法，回報國家和學(xué)?！?，原本就是他骨子里的想法，只不過他總是想要讓自己豐富一些，再豐富一些，好在回來后做更多的事情。博士后五年，完成了兩個前沿性課題，在Plant Cell，Plant Physiology等國際著名學(xué)術(shù)刊物上發(fā)表了數(shù)篇好文章，才讓他對自己感到滿意。而國內(nèi)對科研的重視程度，也令他覺得當(dāng)時回來是一個正確的時機。

回國后，他逐漸讓自己適應(yīng)國內(nèi)的節(jié)奏，在科研與教學(xué)的雙重壓力下找到平衡之道。在教學(xué)上，以啟發(fā)式和引導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣為出發(fā)點，因材施教，已將3名博士和7名碩士學(xué)生納入旗下。同時，他的團隊也在招募中。盡管“夢之隊”剛剛起步，盡管追求創(chuàng)新和前沿的路充滿困難，他卻信心十足地表示，要將其建設(shè)成在植物氮素代謝研究領(lǐng)域處于國際先進水平的團隊。

2012年7月，王勇被聘為山東省泰山學(xué)者海外特聘專家。在該計劃的支持下，他將以發(fā)現(xiàn)和研究影響植物氮素利用的調(diào)控基因為重點，一方面繼續(xù)找出新的NO3-調(diào)控基因，并對其在氮素吸收及代謝方面的作用進行深入研究；另一方面，以長遠計，他還打算將最新研究拓展到作物應(yīng)用上，至于是小麥還是玉米，還有待進一步研究，“從國際上發(fā)表的文章看，這部分還是個空白，肯定是一個非常好的方向。”喜歡挑戰(zhàn)的他這樣說。