5年登上《科學》封面!這位上海青科沒缺過錢,靠的是什麼?

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回國僅5年,成果登上國際學術頂刊《科學》的封面,遇到的最大挑戰只是第一作者的排名先後?這番話,說來有些“凡爾賽”,卻是中國科學院分子植物科學卓越創新中心的年輕研究員周峯的真實經歷。

10月3日凌晨,世界首份根系微生物“定居地圖”登上國際學術頂刊《科學》雜誌最新一期的封面。這是周峯團隊與瑞士洛桑大學尼科·蓋爾德納教授團隊,歷時5年合作完成的,它首次精準揭示了植物根系如何引導微生物在其表面“安家”的奧祕,還破譯了控制根系和微生物互動的“分子密碼”。

中國科學院院士、分子植物卓越中心主任韓斌稱這篇論文是“中瑞兩國強強聯手,科研合作的典範”。這篇論文還是該中心今年第十篇登上CNS(《自然》《科學》《細胞》)的成果。這背後是分子植物卓越中心在科研上的前瞻佈局,科研文化上的開放包容,以及持之以恆的耐心投入。

繪製“定居地圖”,破譯“地下朋友圈”

2018年春天,實驗室窗外日內瓦湖和阿爾卑斯山的美景,忽然在周峯的眼中變得黯淡。因爲在顯微鏡下,他發現了更有吸引力的一幕——用液體培養基替代固體培養基後,加入培養皿中的微生物,竟朝着植物根系的方向肉眼可見地迅速移動。

這個現象本與周峯當時在瑞士洛桑大學的博士後課題無關,卻令他念念不忘。

“根系對植物而言,是基石,更是大腦。”周峯總覺得,微生物對植物根系的趨之若鶩背後,必定隱藏着一些生命進化的智慧。

待到2020年回國,周峯來到上海建立獨立研究組後,就着手探索其中的奧祕。

原來,微生物在植物根系表面的“定居”並非雜亂無章,這些區域是植物主動“開放”的——在生長出側根的地方,原本保護植物營養不外泄的“凱氏帶”會斷開,漏出一種名爲“谷氨醯胺”的氨基酸。

“氨基酸是可以直接被微生物利用的,難怪它們都爭先恐後來覓食。”周峯介紹,他們通過實驗分析發現,植物對益生菌前來“定居”表現出多多益善的寬容,但要遇到致病微生物來,凱氏帶就會“栓上閘門”,控制營養物質的外泄,致病微生物會發現競爭不過益生菌,“這就是植物的智慧,巧妙維持根際微生物羣的健康平衡”。

不過,根系頂端的細胞分裂旺盛,會有更多的營養物質外泄,被吸引來的微生物羣也更爲複雜。周峯說,此次成果只是邁出了研究的第一步,未來他們還將不斷完善這份微生物在植物根系上的“定居地圖”,揭開這個存在於土壤之中的“地下朋友圈”的更多奧祕。

根系局部釋放的谷氨醯胺調控根系微生物的空間定植模式

5年“不缺錢”科研,錨定“植物高效碳匯”

拍攝3000多張實驗圖片、50多個視頻,統計樣本超過1500個,論文附了32個實驗圖表和6個視頻……揭開一段未知,講述一個完整的科學故事,中瑞兩個團隊5年來下了無數苦功。

最讓周峯感到幸運的是,這5年來,他的科研“沒缺過錢”。

來面試分子植物卓越中心時,周峯的心中有一些忐忑。這家規模不大的研究機構,在國際上已具有了世界一流水平,近年來更是重磅成果迭出。不過,他很快就被納入其中,並加入了中心副主任王佳偉主持的植物高效碳匯重點實驗室(中國科學院)。

“在國際上,植物碳匯已成爲前沿競爭熱點,尤其美國在這個領域投下了大量資源。”王佳偉十分看好周峯的研究,因爲這可能在這個方向上開闢出一個新領域。他解釋,一旦解開微生物與根系作用的“黑箱”,不僅可以設計氨基酸類微生物肥料,助力農業可持續發展,而且還可以讓植物根系在微生物作用下進入土壤有機碳庫,增強土壤的碳匯能力。

除了中心給年輕的研究組長(PI)匹配的充足研究經費,周峯還從植物高效碳匯重點實驗室(中國科學院)獲得支持,實驗推進從未因經費而停滯。

而且,中心對新PI實行“5年一評估”的寬鬆考覈,鼓勵他們衝擊高難度、高水平的研究。除了一年一度的學術交流彙報,周峯幾乎不用爲別的事情分心。

爲了幫助年輕PI成長,中心還給他們匹配了資深PI作爲成長導師。分子植物卓越中心黨委副書記(主持工作)、副主任張餘就是周峯的成長導師,他告訴記者,該制度使進入中心的年輕PI成長迅速,5-7年拿到國家高層次人才支持的不在少數,“未來3-5年,我們還將引進20位左右PI,引進人才更重視研究方向和發展潛力,頂刊文章發表不是必需條件”。

周峯(後排中)研究組合影

爲攻克難題,兩國團隊融洽到不分彼此

“在當今國際形勢,更應珍視全球合作。”周峯的博士後導師、此次論文合作者尼科·蓋爾德納教授高度讚賞這段長達5年的融洽合作,“唯有讓全球科學家自由聯通、攜手合作,科學才能更快進步”。

在科研文化上,分子植物卓越中心與洛桑大學高度契合。“他們提供資源,卻不要求每個季度展示‘可預測的進展’,而是相信科學家會爲取得突破性發現持續努力。”蓋爾德納認爲,這份信任是成功的關鍵,“它使我們不僅能紮實攻關,更敢於嘗試變革性的新方法”。

周峯介紹,瑞士在構建根際微生物的菌株上有優勢,而上海有強大的質譜檢測平臺,弄清了根系分泌物的成分,“此外還有微生物在根系上定植的觀察與統計”。在德國同行的幫助下,他們首次在微觀水平,建立起了“根系-微生物-營養物質”三者之間的互作橋樑。

在韓斌院士看來,強強聯手的國際合作,讓這個過去感覺十分困難的課題,最終得以成功。周峯迴憶,他們經常會在視頻會議上,爲一個問題爭得面紅耳赤,不過一旦想到解決辦法,馬上會各盡所能地動手實驗。

“直到最後要定第一作者的順序排名時,才發現工作幾乎無法分割清楚,究竟誰做了多少。”周峯說,由於《科學》雜誌的“共同第一作者”署名有前後順序,他們只能向雜誌聲明:“兩位共同第一作者在個人學術履歷中均可將自己列爲第一作者”。

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