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【中国科学报】王宪辉:“寂寞”科学家钟情“爱热闹”蝗虫
  发布日期:2018-08-01  |  来源:中国科学报  |      

王宪辉在实验室

  编者按

  中国“天眼”建成启用,“悟空”“墨子”发射成功,“蛟龙”号深海科考,体细胞克隆猴成功培育……自从2013年7月17日习近平总书记视察中国科学院并提出“四个率先”要求以来,中国科学院实施“率先行动”计划、加快改革创新发展,产出了一批具有重大国际影响力的标志性科技创新成果,为实施创新驱动发展战略、建设创新型国家和世界科技强国作出了重大贡献。在这些成果的背后,中科院广大共产党员在科技创新工作中勇挑重担、迎难而上,发挥了先锋模范作用,各级党组织凝聚人心,服务创新,发挥了战斗堡垒作用。

  近日,中国科学院表彰了一批“新时代科技报国”先进基层党组织和优秀共产党员,从而激励更多的科研工作者爱国奉献、攻坚克难,为实现 “三个面向”“四个率先”目标作出更大的贡献。为此,本报将开设专栏,刊登几位受表彰个人的科研故事,分享他们的爱国爱党情怀,以飨读者。

  ■本报见习记者 任芳言 记者 陈欢欢 

  蝗虫基因组大小是果蝇的30倍,比人类还大2~3倍,加之破译技术有欠缺,此前国际上并无成功先例。但有一个中国团队却啃下了这块硬骨头。

  这就是中科院优秀共产党员、动物研究所研究员王宪辉所在的团队。

  为了搞清楚蝗灾发生机制,王宪辉早在读博期间就开始与蝗虫为伴。这一“伴”,就是近20年。

  “作为一名科技界的共产党员,我要把自己的科研工作做好,为国家病虫害防治作出实实在在的贡献。”王宪辉说。

  基因组学手段成“敲门砖” 

  “为什么会觉得蝗虫恐怖呢?其实它很温顺,憨头憨脑,不咬人,是素食主义者。”王宪辉站在养虫室里的飞蝗前,厚厚的镜片下透出笑意。

  在中国,飞蝗是造成蝗灾的主要类型。据统计,2003~2016年,我国蝗灾发生面积累计达到42.9亿亩。

  但实际上,并非所有蝗虫都会聚集成灾。王宪辉告诉《中国科学报》记者:“飞蝗存在群居型和散居型两种生态型,只有群居型蝗虫会在特定情况下聚集,一般十年甚至几十年才暴发一次蝗灾。”

  为消除蝗灾,研究清楚蝗虫为何聚群是一大关键,除了温度、气候等外部因素,王宪辉表示,只有了解外因背后的内因,才能深刻透彻地理解蝗灾的暴发机制。

  因此,“飞蝗大规模聚群的发生机制”成为昆虫学领域最引人注目的研究方向之一,国际上许多实验室都在开展相关研究。不过,要弄清内因困难重重,虽然国际学界曾提出多种假说,却一直没有确凿证据。

  王宪辉决心挑战这一世界性的难题。

  留学回国后,王宪辉参与到康乐院士领导的研究团队中,利用刚刚兴起的基因组学技术,提出了假设——蝗虫聚群时靠嗅觉信号辨别其他个体,一旦群居型飞蝗的嗅觉基因表达量变高,就会非常喜欢蝗虫聚群的气味,继而形成蝗灾,而散居型飞蝗则不会。

  从提出假设到证明成立,王宪辉与同事一干就是4年。4年间,他只专注于这一件事。

  嗅觉基因决定蝗虫“爱热闹” 

  蝗虫基因组学研究在当时还是一片空白,王宪辉首先想到的是升级技术。为此,他们开发了多种基因表达检测和功能筛选方法。

  首先是开发蝗虫“基因芯片”做“初筛”——在一张膜上放置十几万乃至数十万个探针,用于识别对应基因的表达量。

  其次是用定量聚合酶链式反应技术(PCR)做“细筛”,确认这些基因含量的高低。随着某些基因含量的变化,蝗虫会在群居型和散居型之间转换。

  最后派上用场的是RNA干扰技术,可以判断筛选出的几百个基因“谁是大领导(主效基因),谁是小领导(副效基因)”。

  至此,终于接近真相。“我们接下来要把这几百个基因的主次关系搞清楚,也就是蝗灾发生的内因。”王宪辉说。

  为了尽早证实假设成立,王宪辉与团队成员连续3个春节没有回家。他回忆当时的工作状态:早上六七点到实验室,晚上十二点回家,除了睡觉都泡在实验室。“压力确实很大,春节不回家是我主动提的,我要身先士卒,结果大家都积极响应。”

  越奋斗,越幸福。这种“拼命三郎”的精神也使得王宪辉的团队后来居上,抢占基因组学研究的前沿机会。

  最终,他们从1万多个基因中找到两类与嗅觉相关的基因,并发现其对蝗虫聚群行为有直接影响。2011年,这一研究的相关论文发表在学术期刊《科学公共图书馆—遗传学》上,得到国际同行的认可。

  “拼了命”破译基因密码 

  在外人看来,王宪辉是“寂寞”的。留学归国后的10年间,他专注于一件事——用基因组学的方法破译蝗虫聚群行为。王宪辉本人却乐在其中,2011年之后,他甚至“变本加厉”,接受了破译蝗虫全基因组序列的任务。

  为何非要啃“硬骨头”呢?“这项任务虽然难,但太重要了。”王宪辉解释道,“我们之前选出的这些基因在整个基因组面前只是沧海一粟,后期研究应从更本质的一些调控因子入手,若没有全基因组序列信息,对蝗虫进行遗传改造等后续工作也没法进行。”

  在王宪辉看来,蝗虫是生态链中的重要一环,研究的终极目标,是用基因组学手段把群居型蝗虫变成散居型,用绿色环保的理念防治蝗灾。

  回忆起破译基因序列的3年,王宪辉开玩笑说是“拼了老命”——受技术水平限制,破译工作费时费力。为此,王宪辉长期留在深圳,把孩子交给了爱人和母亲照顾。

  同时,作为蝗虫生物学领域的“先头部队”,每走一步都要想办法开发新技术,不能靠别人。如今,基因芯片、基因削减等这些他们“迫不得已”自主研发的技术已成为可推广应用的工具,被国内外多家实验室借鉴。

  “作为一名党员,在日常工作中,还是要对自己有更高的期许,凡事要更努力,做得更完美。”王宪辉说,导师康乐就是一位老党员,他的敬业精神与开拓创新精神,对自己影响很大。

  大学时王宪辉多次申请入党,直到本科毕业才终于成为预备党员。如今他已经是中科院动物所的研究生党支部书记,今年还获得了中科院“新时代科技报国”优秀共产党员的称号。

  “未来,我们要继续不忘初心,牢记使命,利用基础研究的理论,保持领先势头,争取将更多科研成果运用到绿色农业发展中,为科技强国多作贡献。”王宪辉说。

  《中国科学报》 (2018-07-31 第1版 要闻)

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