彭远英:燕麦“中国芯”的解码人

2022-07-21 16:53:56作者:杨雯 审稿:张俊贤 来源:宣传部 点击数:

  

2019年大年初一,她播种下准备用于测序的“希望的种子”。

2020年大年初一,她在等待数据和面对疫情的焦灼惶恐中度过。

2021年大年初一,她在加班加点写论文初稿。

2022年大年初一,她在办公室完善论文返修稿。

她说:“所谓横空出世,大都是蓄谋已久的厚积薄发。”

从2009年博士毕业留在四川农业大学小麦研究所工作以来,彭远英一直低调得几乎没什么存在感。如果不是近日一篇重磅论文在《自然.遗传》上发表把她推到了聚光灯前,她还准备一直低调下去。此前谁都想不到,看上去瘦瘦弱弱的她,竟不声不响仅用不到3年时间就完成了中国裸燕麦基因组的测序工作,攻下了国外学者奋战十年的难题,为中国开启了燕麦研究的基因组时代。

跨进农门的“杂草”

2005年,彭远英从山东曲阜师大遗传学教研室的一名普通教师成功考入四川农大跟随小麦专家郑有良教授攻读博士学位,过去一直学生物学的她才算是头一遭跨进了“农门”。

这不,刚到小麦研究所不久她就出了次“洋相”。站在原来还在都江堰的小麦所院子里一片刚出苗不久的玉米地前,当她问出“这是不是鸢尾”时,就被一旁的老师教育了:“你一个学农的,连玉米都不认识?”于是,她的博士生涯就从最基础的内容开始:地头,学着种自己的科研材料起步;实验室里,跟着一些硕士研究生从最基本的一些操作学起,比如提取DNA。

刚到川农,小麦所魏育明老师给了她从加拿大带回的燕麦属包括野生和栽培物种的全套材料。当彭远英接过材料时,她还不知道与燕麦至今近20年的不解之缘也将就此展开。

留校工作之后,身处一群小麦人中间,彭远英不是没想过调整研究内容,但她最终打消了念头。“应该给自己从博士以来就付出的努力一点交代,”事没做出个结果就中途放弃不是她的风格,“燕麦还有很多值得研究的东西,中国需要有人去研究;我自己相对也比较了解,而且可以和小麦所其他老师学习借鉴小麦的研究方法用于燕麦。”

“平常周围的老师同学开会、交流讨论的都是小麦,就我一个人研究燕麦,感觉自己一直没啥存在感。”回想起来,彭远英笑着调侃自己“就像混进麦地里的一棵杂草”。而她这棵“杂草”也一直表现得特低调,默默无闻但踏踏实实地按自己的节奏,“干着自己该干的事情”。

沉下心去敢啃科研“硬骨头”

工作后科研要起步,但一开始彭远英手里并没有项目。国家燕麦荞麦产业技术体系首席科学家任长忠研究员带领她一起从国家燕麦产业技术体系项目中最基本的产业调研和栽培工作做起,扎扎实实去最基层了解燕麦生产。

连续五六年,她差不多都奔波在西昌、会东、盐源、昭觉、美姑……四川的燕麦产区都在比较偏远的山区,这些地方她几乎跑了个遍,一面扶贫一面走到田间地头调研燕麦生产存在的具体问题。长时间没什么科研产出,彭远英的内心并没有太多动摇,因为她坚信“真正沉下心去做的科研才会有真正的创新”。

生产一线的调研让彭远英看到了燕麦研究的海阔天空。她发现,燕麦生产中存在一些薄弱环节和问题急需解决,但因为缺乏基础研究,工作没办法再深入,因为“挖掘高产、优质或是抗性基因等燕麦重要性状相关基因资源,都必须有基因组图谱这个基础框架,可当时连燕麦染色体的基因组归属都分不清楚,许多工作根本没法进一步开展”。这成为她后来下决心画出燕麦基因组图谱的一个重要原因。

现有的栽培燕麦作为典型的六倍体作物,基因组庞大而复杂。因此其基因组的测序组装研究异常困难,一直被学界视为世界难题,许多学者在它面前撞了壁。“10年前,国外同行就开始做皮燕麦的基因组测序研究,但由于难度较大,迟迟没有结果。”回到实验室,因为早听说国外燕麦基因研究的工作已经起步,彭远英本来打算等国外研究结果出来后再进一步深入,然而一等再等都没等到相关研究成果发表。

专注于梳理燕麦属物种分子进化和栽培燕麦起源十余年,她深知燕麦基因组测序的难度,但科研绝不能等和靠。

“发展就是给老师的最佳回报!”导师郑有良教授曾经的话时时在她耳畔回响,“博士毕业近10年了,我也想给自己一个交待。”2018年,她终于下定决心要试试自己动手敲开燕麦基因组这扇大门。

她的想法与任长忠研究员不谋而合并得到了他的大力支持。很快,在国家燕麦荞麦产业技术体系、国家自然科学基金和四川农大学科建设“双支计划”等多方资金的支持下,项目得以立项启动。

燕麦分为皮燕麦和裸燕麦两种,而中国正是裸燕麦的起源和种植中心。相较皮燕麦,裸燕麦成熟后稃革与种子自然分离,加工工艺更简单,具有更高的蛋白和粗脂肪含量,且氨基酸组成更加平衡,因此极具研究价值。

为充分挖掘中国自己的种质资源,彭远英决定从中国裸燕麦中选择一个有代表性的地方品种来开展测序工作。任长忠研究员利用自己多年燕麦育种经验,从全国燕麦主产区的栽培品种中种精心挑选并纯化了来源于中国裸燕麦起源地的传统地方品种“三分三”,并郑重地把种子交到了彭远英手中。

2019年2月5日,正是大年初一,大多数人都还沉浸在农历新年的喜庆氛围里,彭远英带着珍贵的种子,一个人冒着寒风来到365体育官网作物楼,走过空荡荡的楼道,走进八楼的温室,种下了测序所需的材料。这天,她满怀期待发了一条朋友圈:“开工的仪式感,新年第一播——播种希望!”

6天后的大年初七,在365体育官网一间不大的会议室里,她与武汉测序公司的代表们坐在了一起,测序的整体方案就在他们这一天的讨论中得以敲定。

百折不挠与全世界同行赛跑

项目启动之初,彭远英本想联合国外同行一起完成。然而邀约发出,她被婉拒了。她这才了解到一个重要情况:来自英国、德国、美国、澳大利亚、瑞典、加拿大等西方研究燕麦的同行已经联合起来,与已破译大麦基因组图谱的科学家一起准备攻克燕麦基因组难题。

面对竞争,彭远英说:“这给我们的相关工作增加了紧迫感。”但究竟该如何另辟蹊径,赶超已经汇聚了全球最强科研力量的国外团队?

首先在研究方案上,她就下足了功夫。针对六倍体燕麦亚基因组构成及其高重复序列含量导致基因组装中可能遇到的问题,她设计选用了更长DNA片段高精确度的超长测序技术,并巧妙利用自己近20年来对燕麦属物种关系梳理研究的经验积累,选择了栽培燕麦最可能的四倍体和二倍体祖先作为参照,结合HiC、二代测序、全长转录组测序和转录组测序等多种不同技术手段,一起来构建中国裸燕麦的基因组。

然而科学探索没有坦途。天有不测风云,正当项目紧张推进时,突如其来的疫情给了彭远英当头一棒。

签约的公司不巧正位于武汉,原定2020春节后就交付的测序结果因为疫情按下“暂停键”根本无法按时获得。这一耽搁就是好几个月,项目节奏完全被打乱,彭远英心急如焚。她想方设法寻找更快推进的办法,先后联系了多家公司、多所高校和研究机构,合力作战:武汉的公司进度无法保证,她就转战更近的成都寻找合作伙伴来完成后续的数据个性化分析;她守着电子邮箱反复沟通督促分析进度;后来由于返稿修改对服务器和分析人员能力的要求都非常高,她又联系四川大学同行寻求助力……

燕麦基因组本身就非常庞大,而方案采用的多种测序技术手段更是需要对数据进行多轮分析调试。从几个数据可以窥见其中工作之艰巨:彭远英曾一口气购买了20个5T的移动硬盘寄往测序公司用于拷贝数据;拿到的最大单个测序材料数据达到1200Gb;最终获得的各种电子数据加起来总量超过了上万Gb。要知道,这些数据分析有的完成一轮就需要2个月时间,如果有问题还得推倒重来。时间之紧,任务之重,压力几乎让她喘不过气。

面对一轮又一轮的测序和海量数据分析,测序公司和合作团队成员渐渐都有了打退堂鼓的想法。骨子里的认真逼迫着彭远英咬紧牙关坚持,也鼓励着大家不要放弃。很长一段时间,“时时刻刻都在抢时间”成了她的常态。她曾早班飞机去北京,上午与测序公司商谈,下午到中国科学院遗传与发育生物学研究所沟通,再晚班飞机回成都;她也曾为及时地取送测序的新鲜植株材料,一天之内搭乘各种交通工具连续辗转成都、长春、白城、365体育官网:、沈阳、武汉。那些日子,她常被同一个噩梦惊醒:一觉醒来,国外的燕麦基因测序成果已经成功发表。

通过对“三分三”的研究,彭远英终于和团队一起绘制出了燕麦基因组21对染色体的分子图谱,注释出了12万个蛋白编码基因,并且鉴定了1269个抗性基因,获得了裸燕麦的高质量参考基因组。他们还通过对659份不同来源地的栽培燕麦进行了全基因组关联分析,勾勒出了整个燕麦属物种的进化模式,根据参考基因组序列和注释信息预测了燕麦皮裸籽粒等重要性状相关的关键基因位点,体现了参考基因组在重要性状基因挖掘和燕麦分子育种方面的重要价值。

高质量的研究成果终是获得了高度肯定,一位审稿人说,该基因组的组装和注释,以及伴随而来的基因组和重测序资源都有具有很高的质量。“三分三”基因组具有足够的新颖性,因为这个基因组在遗传地位上相当独特。另一位审稿人则说,这项工作提供的数据和分析具有高度新颖性,代表了植物基因组学特别是谷物基因组学的重大进展,为大型多倍体基因组的基因组进化提供了新的见解;对燕麦的导入育种和野生近缘性状向栽培燕麦的转化具有重要价值。

认真把当下该做的事做好

“彭老师持之以恒,终成正果!”获知成果将被发表,团队成员也向彭远英表达着感谢。

“其实为了项目,共同通讯作者马涛教授、共同第一作者王毓博春节期间也放弃休息,一直在微信群中讨论修改的细节。”“中国科学院遗传与发育生物学研究所的鲁非研究员白天非常忙,修改过程中,经常凌晨一点我们才开始电话进行讨论,一讨论就是一两个小时……”说起项目最终能顺利收官,彭远英心里充满感激,“我们团队的科研人员颜红海、科研助理周萍萍以及每个在读的博士和硕士研究生都在尽力做好自己的事,在关键的环节里为最终结果的呈现付出了很多。”

“这篇文章确实经历了艰辛的付出和很多个没有休息的假期、周末和夜晚。”回想解码燕麦基因的过程,彭远英很感慨,“但我也只是尽全力做了自己该做的事情。”在川农大近20年的学习工作经历让她深深打上了川农人肯拼、敢拼又质朴的印记。“我们每一个个体都平凡而微小。”但她相信,平凡岗位上的付出,不就为了证明自己能在其位谋其职。能把本职工作干得精致漂亮,自己赏心悦目不也是一种自我的成就感么?

步入科研生涯后,让她印象最深的是一次郑有良老师和学生们的谈心。面对学生们读研究生的目的各不相同,老师告诉大家:“不论你读研究生是为了想认认真真做科研还是只为了增加考公务员的资历,我们都需要认真面对研究生阶段的各项工作,每个阶段都需要有每个阶段的东西来证明自己,否则拿什么让别人相信你能把下一个阶段的事情做好?”时隔多年,彭远英仍然清晰记得听到这话时内心的触动,“这个教导对我的影响非常大。”

从此认认真真干好自己该做的事成了她坚持至今的习惯。她坚信:“人不需要活太多样子。你坚持认真做一件事,会解释所有的事。”

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