南京农业大学:作物免疫与生物灾害绿色防控研究生导师团队

作者: 发布时间:2020-08-21 来源: 江苏教育新闻网

 

  【团队简介】 

  南京农业大学“作物免疫与生物灾害绿色防控”研究生导师团队聚焦我国主要农作物病害问题,长期开展作物免疫与生物灾害绿色防控的基础与应用研究,先后主持了国家自然科学基金、973、863、公益性行业科研专项、重点研发计划等科研项目50余项,以通讯作者在Science、Plant Cell、PNAS等刊物发表研究论文100余篇,获得授权国家发明专利18件,获得教育部科技成果一等奖等省部级科技奖励8项,入选中国农业重大科学研究进展和中国高等学校十大科技进展,入选国家自然科学基金委创新研究群体,以及科技部、农业农村部、江苏省创新团队。导师中2人为长江学者特聘教授、4人为国家杰出青年科学基金获得者,近年来在读研究生保持在80人左右,累计获得校长奖学金、研究生国家奖学金、企业奖学金等60余人次,各有1人获得全国百篇优秀博士论文奖(或提名),8人和7人分别获得江苏省优秀博士和硕士论文奖,所有博士生均有参加海外短期访学或国际性学术会议的经历,40余人次在读或已毕业研究生具有国外联合培养或博士后经历,一批毕业生在本领域的国内外科研院所、管理部门、企业等单位已成长为优秀的科技骨干。 

  团队成员:王源超、张正光、窦道龙、陶小荣、郑小波。 

  【先进事迹】 

师生组团破解生物间“军备大战”的奥秘 

——南京农业大学“作物免疫与生物灾害绿色防控”研究生导师团队先进事迹 

  保护农作物免受病虫草害的侵袭与危害,保障人民的口粮安全,是植物保护工作者的使命和担当。自然界中,植物与病原菌的协同进化是一场没有硝烟的“战争”,探索病原菌致病和植物抗病的机制,是发展病害防控新理论与新技术的重要基础。这一探索过程充满挑战与艰辛,涌现出一大批从事植物病理学研究的导师及其研究生,他们组团合作,传承创新,攻坚克难,破解着生物间“军备大战”的奥秘。  

  在南京农业大学植物保护学院的实验室里,一个原本两年前就能顺利申请毕业的博士生还在专注于手中的实验,他是导师眼中成天“泡”在实验室里想问题的学生,是为数不多的、以第一作者身份在全球顶尖学术期刊Science(《科学》)上发表高水平论文的在读博士生,他叫马振川。

  迎难而上  

  植物疫病的防治一直是植物保护领域的难题,这类病害发病快、变异快、流行快,植物疫霉菌对研制出的新型杀菌剂很快产生抗药性,致使农田大面积减产甚至颗粒无收。王源超教授及其团队一直希望找到一种“疫苗”,能够实现对植物疫病的持久、广谱的预防。

  2012年,在项目刚刚启动时,导师王源超教授对马振川说:“疫霉菌的种类千千万万,产生的蛋白产物更是数不胜数,找到一个能够启动植物广谱抗性的成分,无异于大海捞针。与此同时,国内外不止一家研究机构在关注这一研究,谁先发出优秀的论文,成果就是谁的,同行间的竞争异常激烈。”他拍着马振川的肩膀鼓励道:“做科研一定要耐得住寂寞,这是我的导师陆家云先生当年对我说的,我就是凭借着这股劲走到今天的。”马振川博士点了点头,下定了迎难而上的决心,而这种决心,也逐渐演变成他的毅力与恒心。

  为了能够尽快筛选出能让作物产生广谱抗性的病原菌模式分子(作为“疫苗”的材料),马振川每天至少有12小时是泡在实验室里的。从制作培养基,到配制菌液,再到沉淀提取,最后进行试验筛选,一套实验流程下来就要耗费一个多月时间。后来谈及整个筛选的过程,马振川描述得十分平常,但搞过科研、做过实验的人都知道,这背后要经历若干次从“天堂”到“地狱”的考验——在不计其数的样品中“捞”到一种可以引起作物广谱抗性的成分,兴奋与激动的心情难以言表,但是往往在查阅文献后却发现这种物质已经被发现,或者后续试验效果并不好,高昂的情绪立刻被浇了一盆凉水,只能拿起配制培养基的材料重新来过。

  这样“地狱”般的科研历练,马振川“熬”了两年。除了自己不放弃,导师自始至终坚定的信任和鼓励是他最大的动力。2015年,在大量筛选比对的基础上,马振川终于找到了这种可以使植物产生广谱抗性的病原菌模式分子XEG1,并验证出这种成分不仅存在于各种疫霉菌中,在卵菌、真菌和细菌也普遍存在,该成果于2015年7月发表在了国际知名学术期刊Plant Cell(《植物细胞》)上。同年,马振川获得了研究生校长奖学金,历尽艰辛后,收获的喜悦难以言表。

  再接再厉  

  就在马振川将新发现的XEG1拿到实验室进行分子机制研究时,一个新的疑问摆在面前:疫霉菌用XEG1出“杀”招,植物会调动相对应的抑制蛋白GIP1来“守”。既然有“杀”有“守”,为何在自然状态下依旧存在疫病的爆发?

  一个偶然的机会,马振川发现了与XEG1同家族的蛋白XLP1,有意思的是,这两种蛋白基因序列相似,同时合成同时发挥作用,唯一的差别便是XLP1没有生物活性,无法独自完成侵染。这真是像极了人类家族中的一对双胞胎。“XLP1会不会是XEG1的诱饵?它不具备活性,或许它的主要功能就是负责调走兵力?”马振川的这一问,很多人嗤之以鼻,觉得“像在讲故事”,但其导师王源超却眼前一亮,“这可能是一个非常重大的科研发现”,王源超立即召集了3位硕士,协助马振川继续研究。

  通过进一步的实验验证,马振川惊喜地发现,植物防御成分GLP1的确能与XLP1结合,且结合能力超出XEG1约5倍!他意识到,这一发现几乎解开了所有的谜团:疫霉菌在进攻植物时同时带出两支“军队”,一支带着“导弹”的“大部队”XEG1和一支用来调离敌方防御的“诱饵”XLP1。因为XLP1与植物防御蛋白的结合能力更强,植物用来“防御”的主要兵力就这样被XLP1“调离了”,致使攻击的主要力量XEG1得以向植物体内长驱直入。

  声东击西、调虎离山、道高一尺魔高一丈,这一疫霉菌攻击宿主时使出的招式,被马振川起名“诱饵模式”(DECOY)。原来,人类战争中的“兵不厌诈”竟然也会在低等生物体中上演。

  2017年1月13日凌晨,国际顶级学术期刊Science(《科学》)杂志在线发表了这项关于作物疫病发生机制的突破性成果,该成果以research article(研究长文)的形式发表,这在《科学》杂志中被视作极具分量的研究成果,一期只有两篇这样的论文发表。

  绽放光彩

  事实上,在两年前马振川发现XEG1,并证实其能够引发植物的广谱抗性时,他的毕业论文已经完成,随时可以选择博士毕业。但当时的他已经形成了关于“诱饵”模式的初步假设。但既然是假设,最后的结果总有两个:验证,或者是验伪。“这样的灵感对于科研人员太难得了!”因为背后有王源超和整个团队的大力支持,他选择留下来,一鼓作气,把这块硬骨头给咬下来。

  “MPMI上就讲这个!” 2016年7月,王源超将马振川和他们发现的“诱饵模式”带到了领域内最权威的学术大会MPMI(国际植物微生物分子互作大会)上,王源超作为仅有的两位亚洲研究者之一,受邀做主旨报告。

  报告还没结束,多名领域内的权威专家就称赞这一成果“Excellent”(卓越),是近年来不可多得的让人“Excited”(兴奋)的工作。在大会的海报区,王源超带上马振川,与前来探讨的国际同行们,逐一地详细介绍。在大会上,约翰·英纳斯中心(JIC)——英格兰一个独立的研究所和培训植物和微生物科学的中心——下属的塞恩斯伯里实验室(TSL)当即就给马振川发了offer,邀请他去做博士后。

  2017年,马振川在南京农业大学完成阶段性研究工作后,前往英国The Sainsbury Laboratory实验室成为一名Research Fellow,继续从事作物的非寄主抗病机制研究。

  当初选择博士延期留在实验室,没想到这一留就是两年,当同一届的同学有不少已经在国内高校或科研机构当上了副教授,马振川却还蒙头在实验室里想着、干着,成了一位不折不扣的“长驻”博士。如今,他放弃国内优越的工作岗位和待遇,再次接受新的挑战,前往国际著名的实验室继续开展研究。他说,“搞科研就是这样,让人停不下来”。这是导师所传承的对科研的初心与热爱。

  2018年,马振川获得欧盟玛丽居里学者人才计划项目资助。玛丽居里学者与英国牛顿学者、德国洪堡学者并列为欧洲三大杰出人才计划,是欧盟资助个人科研的最高奖项之一。

  2020年7月,马振川带着满满的收获从英国归来,他将回到培养自己的南京农业大学,继续和这里的老师们组团前进,挑战新的科学高峰。

责任编辑:陈路

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