荷蘭一半資源產兩倍糧食?曹曉風:理論充實能實現

　　2017-11-01 00:02:40　來源: 科學家說

　　【編者按】網易科技今年推出大型系列報道《科學家說》，專訪全球頂尖科學家，洞見趨勢，分享智慧。今天推出《科學家說》第24期，專訪中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員，博士生導師曹曉風。

　　

　　出品|科學家說欄目組

　　作者|網易科技 崔玉賢

　　【她是誰】

　　曹曉風，中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員，博士生導師。主要從事植物表觀遺傳學相關研究，現任中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員，中國科學院 (CAS) 和英國約翰?英納斯中心 (JIC)聯合中心共同主任。

　　【精彩言論】

　　1、在植物表觀遺傳學方向，中國和國外還有一定的差距，我相信再過五到十年，中國科學家能在世界上有更高的學術地位。

　　2、我目前的科研興趣是想了解植物體內的溫度情況，特別是每個細胞內的溫度和每個細胞器內的溫度，但現在這些還是未知的。

　　3、我們希望利用化學或者物理的方法來測定植物的溫度，來揭示植物是如何感知高溫和低溫的。因為植物和人不一樣，它不能移動。一天晝夜、一年四季，溫度總是在變化，植物是如何適應這種環境溫度改變的。

　　4、我覺得做學問「既快又好」當然好，如果「快、錯」，那不如慢。評價文章好壞不一定只看文章的影響因子，重要的是解決了什麼科學問題，有什麼新發現，和高影響因子相比，有新發現對我來說更重要。

　　5、利用一半的資源生產出兩倍的糧食是有可能的，但這需要對糧食生長過程的基礎科學問題有充分的認識。今後的發展需要對基礎科學有更加深入的了解才能更好地加以利用。

　　【正文】

　　袁隆平說過，高產更高產是個永恆的主題。現在曹曉風實驗室正在研究的一個項目，就是研究植物如何響應溫度變化並在高低溫下能保持高產，這對於佔據全球20%的人口，只有7%-8%耕地的中國來說，將會是巨大的貢獻。

　　在英國大使館、英國研究理事會主辦，網易科技獨家媒體合作的「中英女性科學家論壇」上，曹曉風非常風趣幽默的回答了女性在做科研中面臨的問題。她不會過分強調女性這個概念，認為男女本來就應該是平等的，只要能夠傳播正能量的女性都可以成為榜樣，而曹曉風也正是這麼做的。

　　曹曉風的嚴謹甚至讓日本教授都盛讚：她文章里的數據是那樣的精確，我們總能很容易地重複她發表的結果。她說自己是屬於慢工出細活的人，希望所做的工作被領域的專家認可，而不是曇花一現。她認為：做學問「既快又好」當然好，如果「快、錯」，那不如慢。評價文章好壞不一定只看文章的影響因子，重要的是解決了什麼科學問題，有什麼新發現，和高影響因子相比，有新發現對她來說更重要。她經常叮囑學生，對於準備發表的實驗數據一定要反覆驗證，確保數據的真實可靠。

　　回國前，曹曉風主要從事DNA甲基化研究。2003年回國后，她結合國內的研究實際，從組蛋白共價修飾研究入手，對植物表觀遺傳學進行了系統深入的研究。曹曉風團隊做出了兩項首次：首次發現組蛋白甲基化和去甲基化能抑制轉座子跳躍，並在基因組水平上證實轉座子具有調控功能（不僅僅是「垃圾DNA」）；首次揭示了蛋白質精氨酸甲基化通過轉錄后水平調控基因表達的新機理，奠定了我國植物表觀遺傳研究領域的國際地位。

　　同時，曹曉風也開始了一個新的重要科學課題：溫度變化對植物生長發育的影響。這既是生物學的基礎問題，又有很好的農業應用前景。「我目前的科研興趣是想了解植物體內的溫度情況，特別是每個細胞內的溫度和每個細胞器內的溫度，但現在這些還是未知的。」曹曉風說到，「我們知道袁隆平袁先生的雜交稻需要一個不育系。兩系雜交水稻中的溫敏不育系對環境溫度很敏感、孕穗期在高溫條件下生長會造成不育的表型（可以用於製備雜交水稻），但孕穗期如果在低溫條件下生長就能結實產生種子（用於不育系自身的繁殖）。我很好奇，植物是如何感知溫度的，而且是用什麼機制來傳遞這個溫度信號進而對溫度變化做出響應的。」

　　但就目前而言，還沒有一個好的方法和手段來證實，這也正是目前實驗的一個難點。而在這方面一旦實現突破，將有望解決由於全球氣溫變暖、極端氣候頻發等造成的水稻減產問題。

　　「氣侯的改變是人沒有辦法抗拒的，所以科學家只能從研究中找到更耐高溫或更耐低溫的基因，並用高科技手段進行育種應用，最終提高糧食的產量，或者讓糧食少減產來保證人類的需求。」曹曉風如是說。

　　以下為網易科技對曹曉風教授的採訪部分內容：

　　網易科技：您一直從事的是植物表觀遺傳學的研究，對於普通大眾來說還是稍有生澀，您可以通俗的解釋一下嗎？

　　曹曉風：表觀遺傳學是遺傳學研究中的一部分。遺傳學研究的是基因與表型之間的變化規律，即研究當基因發生改變后，導致表型變化的學科。而表觀遺傳學研究是在基因(DNA)序列沒有改變的情況下，表型發生改變的學科。主要是一些環境因素，導致在DNA和DNA纏繞的組蛋白上發生化學修飾，最後產生表型的改變。

　　網易科技：您的研究有很多「首次」：首次在基因組水平上證實轉座子具有調控功能；首次揭示了蛋白質精氨酸甲基化通過轉錄后水平調控基因表達的新機理；這些首次的意義是什麼？

　　曹曉風：這是很多基礎科學研究都會面對的問題，在得到部分結論的時候，也許並不知道它有什麼實際意義。比如轉座子是上世紀40年代到50年代美國的科學家麥克林托克最早在玉米中發現的，但是很長一段時間大家都沒有認識到這項研究的重要意義，直到1983年她的這項研究成果受到廣泛關注，並獲得諾貝爾獎。所以科學研究的意義是長遠的、系統的，不是大家不認可，就沒有意義，反之亦然。

　　人類中，近百種疾病是由於轉座子活性異常造成的。在植物育種中，也有很多表型不穩定是和轉座子有關係的。比如很多重要的表型，像我們吃的血橙的顏色受生長環境溫度的控制，如果環境變冷，存在於控制血橙顏色基因上游的轉座子中的調控元件受到冷誘導，指導下游的顏色基因發生改變，最終影響橙子的顏色。轉座子跳躍跟我們研究的很多性狀都直接相關。

　　所以基礎科學研究在最原始的狀態下，我們並不能說它一定有什麼價值，我們知道的只是冰山一角，隨著研究的深入，我們了解的也會越來越多，基礎研究的重要性也會逐漸地體現出來。

　　網易科技：現在，科學家掌握交叉學科越來越重要，比如化學與生物，物理與化學等等，您如何看待這種現象？新的發現，會是在交叉學科上有所突破嗎？

　　曹曉風：我覺得交叉是發展的一個必然。現階段，特別是化學手段的應用，使得生物體內有很多現象能夠被示蹤被標記，在活體中被觀察到。另外，也有很多物理學技術應用到生命科學研究當中，解決了許多單獨靠生物學手段沒有辦法解決的難題。

　　比如現在基因組水平研究有很好的進展，但它需要依賴強大的生物計算。再比如細胞學的發展，同時依賴化學標記手段的引入，以及更精細的物理顯微鏡。我覺得交叉科學非常重要，也是今後特別好的一個突破點。

　　這些交叉學科的結合，能夠讓人們更全面地認識這些生物基本過程。其實我以前的專業是應用生物化學，先學了兩年半化學才開始學習生物，化學背景對我日後科研具有非常大的幫助。

　　網易科技：您有什麼自己感興趣，但是目前來說還是很難有所突破的一些方向嗎？

　　曹曉風：人是恆溫動物，正常體溫在37度左右。我國南方和北方溫度差別很大，植物不能移動，它們是如何感應溫度又是如何適應溫度的？我目前的科研興趣是想了解植物體內的溫度情況，特別是每個細胞內的溫度和每個細胞器內的溫度，但現在這些還是未知的。

　　我現在在研究溫度調節相關的基因，主要用於雜交水稻的研究中。我們知道袁隆平袁先生的雜交稻需要一個不育系。兩系雜交水稻中的溫敏不育系對環境溫度很敏感、孕穗期在高溫條件下生長會造成不育的表型（可以用於製備雜交水稻），但孕穗期如果在低溫條件下生長就能結實產生種子（用於不育系自身的繁殖）。我很好奇，植物是如何感知溫度的，是用什麼機制來傳遞這個溫度信號進而對溫度變化做出響應的。

　　網易科技：目前所遇到的困境是什麼？

　　曹曉風：困難就是你剛才提到的物理和化學手段。如果人發燒了，可以用體溫表測體溫。但是植物細胞內的溫度怎麼測定，現在我們還沒有好的方法。目前可以說是沒有一個好的工具。但是現在化學家已經根據化學反應，用指示劑來測定，像pH值一樣，溫度改變，顏色就有變化。但是這個方法能不能用於植物研究還是未知的。我們希望利用化學或者物理的方法來測定植物的溫度，來研究植物是如何感知高溫和低溫的。一天晝夜、一年四季，溫度總是在變化，但植物如何感受溫度調節生長，是一個非常重要的研究方向。

　　網易科技：如果這個有突破的話，對普通用戶來說，可能會感受到的意義是什麼？

　　曹曉風：現在全球氣候變暖，並且極端的氣侯頻發。比如今年上海持續高溫，長江中下游很多產地水稻減產。東北經常遭遇低溫冷害造成大量的減產。如果我們知道植物是如何感應溫度，讓它對高溫或低溫不那麼敏感，也就是說能夠抗高溫或低溫，那它就可以繼續保持高產。

　　如果我們知道植物如何傳遞溫度信號，讓它對溫度有一定自我調節能力，也能夠大大地減少損失。也許很多植物或作物都會有類似的機制，希望通過我們的基礎科學研究來揭示這個機制。

　　網易科技：有人說21世紀飢餓可能是最大的一個問題。對於中國科學家來說在做哪些努力來改變這個問題？

　　曹曉風：氣侯的改變是人沒有辦法抗拒的，所以科學家只能從研究中找到更耐高溫或更耐低溫的基因，並用這些理論進行育種應用，最終提高糧食的產量，或者讓糧食少減產來保證人類的需求。

　　網易科技：荷蘭在很多年前就提出來要用一半的資源生產出兩倍的糧食，像這樣的口號，您感覺是有可能的嗎？

　　曹曉風：要是對它（理論）研究的好，還是有可能的。但需要有特別好的基礎科學理論基礎，我個人覺得中國的發展需要對基礎科學給予更多的關注和鼓勵。

　　網易科技：那麼，中國對基礎科學研究的鼓勵是一個怎樣的狀態？和國外相比。

　　曹曉風：我覺得不同的領域可能不太一樣。跟人類健康相關的基礎科學還是有一些的，但是生命科學中的植物科學或者農學需要更多的鼓勵。美國僅有世界5%的人口，但耕地面積佔世界耕地面積的13%，所以沒有那麼緊迫的糧食問題。中國不一樣，中國耕地面積僅佔世界耕地面積的8%卻要養活世界上20%的人口，每個國家的國情不一樣，所以中國應該有更多的投入來解決糧食問題。但是我們說到糧食問題，也不是說只有做育種才能解決。如果對它的理論機制不了解，也很難應用。所以我個人覺得基礎科學非常重要。

　　網易科技：其實科學研究宣布一項成果，大家都是爭分奪秒的，很多team在跟你比賽。所以在治學嚴謹和PK方面，你怎麼看待這樣的一個平衡，尤其是韓春雨事件。

　　曹曉風：我屬於慢工出細活的人。我希望我做的工作能被人認可，而不是曇花一現。科學容不得半點錯誤。我覺得做學問「既快又好」當然好，如果「快、錯」，那不如慢。

　　這個就是取捨，如果要在「快」和「對」之間取捨，我一定是選擇「對」，而不是「快」。評價文章好壞不一定只看影響因子的高低，重要的是解決了什麼科學問題，有什麼新發現，和高影響因子相比，有新發現對我來說更重要。

　　快問快答：

　　網易科技：您最敬佩的科學家是誰？

　　曹曉風：Barbara McClintock。

　　網易科技：您怎麼對遺傳生物學這個領域產生興趣的？

　　曹曉風：其實我是經歷了很多其他的學科，細胞生物學、分子生物學、生物化學，最後發現我還沒做遺傳學，就一不留神進入了表觀遺傳學領域，很偶然。

　　網易科技：提到科學的話，您最先想到的是什麼詞？

　　曹曉風：創新。

　　網易科技：您的夢想是什麼？

　　曹曉風：有更好的發明，為人類服務。

　　網易科技：你感覺做科學家最需要什麼樣的精神？

　　曹曉風：執著、堅持

　　網易科技：做科學最難的是什麼？

　　曹曉風：堅持。

　　網易科技：你想對科學家的人的忠告是什麼？

　　曹曉風：誠實和堅持。

　　網易科技：如果不選擇目前這個領域的話，您會選擇哪個領域？

　　曹曉風：老師。其實我從小的理想就是當老師，現在當科學家也是老師的一部分。

　　曹曉風資料：

　　曹曉風，中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員，博士生導師。主要從事植物表觀遺傳學相關研究，現任中國科學院遺傳與發育生物學研究所研究員，中國科學院 (CAS) 和英國約翰?英納斯中心 (JIC)聯合中心共同主任。中科院婦工委委員，研究所婦委會主任，國際植物表觀遺傳學專家委員會委員，《中國科學》和Journal of Genetics and Genomics (JGG)副主編、Current Opinion in Plant Biology和The Plant Cell等雜誌編委； 先後獲得美國「杜邦青年科學家獎」、「中國青年女科學家獎」和中國科學院「十大女傑」等稱號。先後入選國家級「新世紀百千萬人才工程」和中組部「萬人計劃」第一批百千萬工程領軍人才，並於2015年當選中國科學院院士，2016年當選發展中國家科學院院士。

　　她積極承擔國家重大任務，先後擔任科技部、農業部、基金委、中科院各類重大任務首席科學家，累計主持重大項目18項。她長期從事植物表觀遺傳學研究，在植物DNA甲基化、組蛋白共價修飾和小分子RNA等領域取得諸多系統性、原創性成果，累計發表論文100餘篇，被SCI論文引用8000次以上, H因子40+。