植物細(xì)胞的工程師
——記蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副院長侯歲穩(wěn)教授

本刊記者 王 輝

植物細(xì)胞的工程師
——記蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副院長侯歲穩(wěn)教授

本刊記者 王 輝

出生在甘肅農(nóng)村的侯歲穩(wěn)，有著西北漢子的憨厚和質(zhì)樸。有人說甘肅人認(rèn)死理，在科研道路上跋涉近20年的他，衷情植物細(xì)胞生物學(xué)。

分布在植物表皮的氣孔和扁平細(xì)胞，是研究細(xì)胞發(fā)育和功能的絕好模式體系，侯歲穩(wěn)從事的植物細(xì)胞分子發(fā)育生物學(xué)、細(xì)胞工程研究，就是以擬南芥、水稻等為材料，利用突變體對(duì)其發(fā)育圖式和形態(tài)建成現(xiàn)象、內(nèi)在調(diào)控基因和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制進(jìn)行研究，并將有用的功能基因應(yīng)用在生產(chǎn)中。

細(xì)胞生物學(xué)是其研究的基礎(chǔ)，在細(xì)胞中尋求生命科學(xué)基本問題的答案，正是他一生為之奮斗的事業(yè)。

衷情科研 引領(lǐng)前沿

2014年7月10日，國際學(xué)術(shù)期刊《PLOS Genetics》在線發(fā)表了蘭州大學(xué)的一項(xiàng)最新研究成果“Arabidopsis DELLA Protein Degradation Is Controlled by a Type-One Protein Phosphatase, TOPP4”，這一研究揭示了DELLA蛋白去磷酸化修飾的分子機(jī)理，解決了GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中去磷酸化修飾這一經(jīng)典的生物學(xué)問題，對(duì)植物激素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理研究和實(shí)際生產(chǎn)中農(nóng)作物改良等具有重要的科學(xué)價(jià)值。

這項(xiàng)研究的創(chuàng)新之處是，解決了國際上關(guān)于GA信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中DELLA去磷酸化修飾這一長期懸而未決的問題，這一系列工作在國際上開創(chuàng)了蛋白磷酸酶PP1家族調(diào)控植物生長發(fā)育的功能研究?！禤LOS Genetics》是國際著名的遺傳學(xué)期刊，這篇文章的第一作者是侯歲穩(wěn)的博士研究生。作為蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院細(xì)胞活動(dòng)與逆境適應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的博士生導(dǎo)師，這項(xiàng)成果是他當(dāng)時(shí)帶領(lǐng)學(xué)生和其他教授共同完成的。

如今，侯歲穩(wěn)的身份不僅是一位科研工作者，同時(shí)也是一位管理者。蘭州大學(xué)生命科學(xué)院副院長的他分管院里的科研和研究生工作，過著“科研管理雙肩挑”的生活，可以犧牲的休息時(shí)間被壓縮到了極限，“白天得干院里的事，晚上和周末干實(shí)驗(yàn)室的”。就這么堅(jiān)持了十多年，“有時(shí)間自己都想哭，感到力不從心”。

侯歲穩(wěn)最重要的身份還是老師，而且是學(xué)生眼里的“嚴(yán)師”，從他麾下畢業(yè)的博士生都在相關(guān)領(lǐng)域取得了不俗的成績。他說，如今的學(xué)生有些浮躁，每年帶多個(gè)研究生、博士生，他也感到壓力很大。他提倡對(duì)學(xué)生要嚴(yán)格訓(xùn)練，讓他有較好的基本功，比如實(shí)驗(yàn)技能、考慮問題的思路等，其次就是堅(jiān)持。

侯歲穩(wěn)以個(gè)人經(jīng)驗(yàn)告訴記者堅(jiān)持的不易。農(nóng)村出身的他，從小就打定了學(xué)與生物有關(guān)的專業(yè)的主意，“我從小看著植物生長，上學(xué)的時(shí)候想著就學(xué)”，1997年從中國科學(xué)院昆明植物研究所植物學(xué)碩士畢業(yè)后，他找定了自己的方向；進(jìn)入蘭州大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院后，他師從賈敬芬教授攻讀細(xì)胞生物學(xué)博士，從此與細(xì)胞生物學(xué)結(jié)下了不解之緣。

“我對(duì)這個(gè)方向比較感興趣，所以就這么不停地堅(jiān)持。”他提到，你做這個(gè)和不做是不一樣的，但要做得好比做得一般又是非常費(fèi)勁的?！坝袝r(shí)候，有些實(shí)驗(yàn)讓你很難堅(jiān)持下去，但做一段時(shí)候你就會(huì)發(fā)現(xiàn)，盡管很難，但如果不斷地堅(jiān)持，最后的結(jié)果還是不錯(cuò)的?！?/p>

多年的專注執(zhí)著和潛心研究，讓他在發(fā)育生物學(xué)、細(xì)胞工程研究等領(lǐng)域取得多項(xiàng)重要進(jìn)展。

上世紀(jì)90年代，侯歲穩(wěn)參加完成了“組培技術(shù)在除蟲菊良種繁育中的應(yīng)用”項(xiàng)目，解決了經(jīng)濟(jì)植物除蟲菊良種選育、快速繁殖和種質(zhì)保存中存在的關(guān)鍵技術(shù)問題，該項(xiàng)成果獲得了1998年云南省科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。2002年，侯歲穩(wěn)受國家留學(xué)基金委派遣，在英國劍橋大學(xué)植物科學(xué)系A(chǔ)lex Webb博士的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室從事植物細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)方面的研究工作，對(duì)擬南芥增強(qiáng)子誘捕系進(jìn)行了比較深入的研究。這為他后來的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

此后，他在蘭州大學(xué)讀書期間，在國家自然科學(xué)基金的支持下，對(duì)幾種抗旱經(jīng)濟(jì)植物的再生、遺傳轉(zhuǎn)化和原生質(zhì)體培養(yǎng)進(jìn)行了研究，成功地建立了高頻再生體系和原生質(zhì)體培養(yǎng)體系，他參與的這部分工作2006年獲得陜西省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。在中國科學(xué)院近代物理研究所作博士后研究期間，他主要從事利用重離子對(duì)幾種重要經(jīng)濟(jì)植物進(jìn)行輻照誘變育種和重要經(jīng)濟(jì)性狀突變體篩選工作。2008年，他參與完成的“植物對(duì)環(huán)境脅迫的響應(yīng)機(jī)理研究”獲得甘肅省自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。

揭秘植物生長發(fā)育

不同類型細(xì)胞在分化過程中如何進(jìn)行圖式（Pattern）發(fā)育是發(fā)育生物學(xué)的一個(gè)基本問題。保衛(wèi)細(xì)胞是廣泛分布在植物葉、莖、花等器官表皮的一類高度特化的細(xì)胞。由一對(duì)保衛(wèi)細(xì)胞構(gòu)成的氣孔復(fù)合體是植物獲取二氧化碳以及控制水分散失的主要通道，與植物的光合作用、蒸騰作用等密切相關(guān)。因此，保衛(wèi)細(xì)胞目前已經(jīng)發(fā)展成為一種在單個(gè)細(xì)胞的信號(hào)體系中，研究各種因素相互作用的最理想的模式。

為了闡明保衛(wèi)細(xì)胞命運(yùn)的決定以及相關(guān)基因在其中所起的作用，氣孔發(fā)育圖式的研究成為人們十分關(guān)注的熱點(diǎn)。與植物打了幾十年交道的侯歲穩(wěn)將擬南芥作為模式植物開展研究。2007年開始，侯歲穩(wěn)負(fù)責(zé)的國家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目“擬南芥氣孔發(fā)育圖示基因篩選與鑒定研究”立項(xiàng)。

經(jīng)過幾年的研究，侯歲穩(wěn)團(tuán)隊(duì)分離出擬南芥氣孔保衛(wèi)細(xì)胞中GFP特異性表達(dá)的增強(qiáng)子誘捕系標(biāo)記材料，經(jīng)過種子誘變，篩選、鑒定在氣孔發(fā)育、分布、結(jié)構(gòu)或功能等方面的突變體，克隆引起突變的相關(guān)基因，分析、鑒定其功能，增進(jìn)對(duì)氣孔發(fā)育規(guī)律的認(rèn)識(shí)。他們發(fā)現(xiàn)的植物甾醇調(diào)控氣孔圖式發(fā)育的重要成果發(fā)表在國際著名植物學(xué)雜志《Plant Journal》。

其成果的重大理論意義和應(yīng)用前景不言而喻。因?yàn)闅饪椎陌l(fā)育圖式和作用機(jī)制與植物的水分利用、抗旱性能、光合作用等生理活動(dòng)密切相關(guān)，克隆鑒定具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的模式植物氣孔發(fā)育基因，研究其生理本質(zhì)，在理論上可以加深人們對(duì)其發(fā)育和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑的認(rèn)識(shí)，為今后開展重要農(nóng)作物氣孔發(fā)育圖式以及調(diào)控研究提供有價(jià)值的參考；在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，就是要利用它來幫助農(nóng)作物更有效地利用水分，提高抗旱能力和光合效率，這對(duì)于干旱缺水的西北地區(qū)來說，更是意義深遠(yuǎn)。侯歲穩(wěn)說：“（這）無疑將是解決農(nóng)作物抗性和高產(chǎn)問題的一個(gè)很好的切入點(diǎn)。”

循著這條路，2011年開始，接手國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“擬南芥蛋白磷酸酶1調(diào)控赤霉素和生長素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)理”，又是為期3年的協(xié)同合作，團(tuán)隊(duì)攻關(guān)。此次，侯歲穩(wěn)將實(shí)驗(yàn)聚焦在PP1上。這是一類廣泛存在于真核生物中的一類絲氨/蘇氨酸蛋白磷酸酶，它參與了許多細(xì)胞生物學(xué)過程，因而備受關(guān)注。

在這個(gè)項(xiàng)目中，侯歲穩(wěn)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)回答了幾個(gè)問題：PP1家族不同的TOPPs基因是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)植物生長發(fā)育的控制？其作用的底物蛋白是什么？這種調(diào)節(jié)作用的詳細(xì)機(jī)理是什么？具體來說，這些答案將為人們對(duì)植物激素信號(hào)通路的研究提供新的理論依據(jù)，對(duì)認(rèn)識(shí)復(fù)雜的植物生長發(fā)育調(diào)控過程具有重要意義。功夫不負(fù)有心人，最近，他們團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的蛋白磷酸酶TOPP4通過對(duì)生長素極性運(yùn)輸?shù)鞍譖IN1去磷酸化，調(diào)控細(xì)胞形態(tài)的成果發(fā)表在國際著名植物學(xué)雜志《Plant Physiology》。

生命的生長、發(fā)育是一個(gè)奇妙的過程，在探尋生命過程中，有植物相伴同行，侯歲穩(wěn)的人生有趣而生動(dòng)。