《岁月沉香》- 石东乔
岁月沉香
——原中国科学院遗传研究所第一位博士研究生朱祯的求学科研路
石东乔
从1959年正式建立中国科学院遗传研究所，期间经历了几个研究所合并，至今天的遗传发育所，共走过了60年的风雨岁月。60载的砥砺前行，60载的桃李满园。甲子华诞，抚今追昔，从建所之初的沧桑坎坷，到今日的辉煌成就，遗传发育所不仅在科研上取得了累累硕果，还培养了一代又一代的科研精英。自遗传所1978年开始招收硕士研究生，至今共有2000多名学子从遗传发育所毕业，获得硕士、博士学位，成为我国乃至世界生物学领域的科研英才。
金秋十月，蓝天白云，我应邀来到遗传发育所1号楼朱祯研究员的办公室，有幸聆听了这位原遗传所第一位博士研究生的学习和科研故事，了解了近四十年来我国生物技术的发展脉络，为他的不懈坚持和乐观向上所鼓舞，也因他对遗传发育所的深情厚谊而感动。
1 求 学
1951年，朱祯出生于北京，他的中学时代，正赶上我国的特殊时期，初中一年级的朱祯与同学们随着“上山下乡”的大军，从北京来到偏远的云南，在劳动中度过了6年的中学时光。在云南的插队生活中，朱祯认识到了城市以外的世界，农村生活的贫困和艰苦，在他的记忆深处留下了深深的烙印，从那时起，他就在思考，自己该以怎样的方式，为我国的农业和农民办点事？在农田劳动之余，朱祯仍然坚持向高年级的学长们学习，用零敲碎打的方式，为日后进入大学储备了知识。1975年9月，朱老师进入北京大学生物系生物化学专业学习。北大生物系是我国最早建立的高等院校生物系之一，从这里走出了一代又一代的生物学大家，为我国生物学的教育和研究奠定了基础。在北大3年半的学习，使朱祯逐渐构建了扎实的现代生物学知识体系。
“开个科学大会，把劲鼓起来！”1978年，全国科学大会召开，我国迎来了科学的春天，人们对“科学技术是第一生产力”这一论断有了新的认识。1979年1月，朱祯大学毕业之际，正赶上我国各项科技事业全面复苏的关键拐点，他的求学生涯也受到了时代背景的影响。在北京市药品检验所生化检验室当了一年半的药剂师后，朱祯再次考入北京大学生物系，攻读硕士学位，师从我国生物化学界泰斗级大师——沈同教授，并与赵邦悌老师合作，从事线粒体DNA的重组研究。当时的科研条件极为艰苦，经费拮据，试剂不足，没有设备，酶的制备、DNA的分离和纯化等等，一切实验都是“纯手工”。“那时有一位从美国回来的老师，给了我和同学每人10支移液枪头，告诉我们，这10个枪头，要用到硕士毕业。”尽管研究条件有限，朱祯还是在老师的指导和帮助下，苦中作乐，克服多重困难，练就了很多生化实验中手工操作的绝活，3年的磨练，收获颇多。
1983年8月，朱祯获得硕士学位，来到中国科学院遗传研究所李向辉实验室工作。李向辉先生是我国植物生物技术的开创者之一，在植物原生质体融合、体细胞杂交、植物转化等领域取得了一系列创新性成果。彼时，李向辉申请了中科院的一个重点项目，获得了28万元的经费支持，把原本想去发育所的朱祯要到了遗传所工作。上世纪70年代末至80年代初，“科学的春天”与改革开放同步而行，遗传所的科学家们研究热情高涨，在第一任所长胡含研究员带领下，在农作物杂种优势、单倍体育种、体细胞杂交、人类产前诊断与优生等领域取得了喜人的进展，有关研究成果相继获得国家重大科技成果奖、中国科学院科技成果奖、国家科学技术进步奖等多种奖项，在国际上也具有一定优势。在80年代中期，遗传所的研究主要集中于作物育种、植物组织培养、植物分子生物学、人类遗传学和动物胚胎研究等领域。玉米、小麦、甘薯、棉花、高粱等作物育种是遗传所的强项；同时，植物细胞和组织培养技术得到快速发展，各研究组积极开展了单倍体培养、人工种子、器官再生等研究。无论国际还是国内，科学家们都试着采取各种手段，力图将外源基因导入植物细胞，以实现定向、快速地对植物性状进行改良，同时克服传统育种中耗时费力的弊端。DNA双螺旋结构的提出和DNA重组技术的发展，为基因工程准备了分子理论和技术。1982年，首次获得转基因小鼠，1983年Zambryski等获得转基因烟草，这些都是基因工程研究起始阶段的辉煌成就。国际上生物技术快速发展的大背景，催生了国内在基因技术领域的更多尝试。朱祯始终对生物技术发展抱有浓厚兴趣，来到遗传所后，便在李向辉老师的指导下，以满腔热情加入植物基因工程研究者行列。
1985年，中美两国政府签订了交换留学生与学者的《中华人民共和国政府和美利坚合众国政府教育交流合作议定书》，国家科委（科技部前身）将选派少数科技工作者到美国进行学习和研究。经遗传所推荐，朱祯依靠自身实力从众多申请者中脱颖而出，于1985年4月顺利进入历史悠久的美国田纳西大学，在植物科学系W.K.Hughes实验室进行访问研究，研究项目为脂质体介导的单子叶植物转化。
朱祯来到田纳西大学一周后，Hughes教授提出将他招收为自己的博士研究生，但朱祯表示，自己是国家公派科研人员，在这件事上，还是应该取得国家和遗传所的同意。不久之后，Hughes来中国交流时，特意来到遗传所，就此事与当时的所领导进行商讨，最终决定，以遗传所与田纳西大学联合培养的方式，将朱祯转为博士研究生。当时，遗传所只有4位博士生导师，朱祯所在研究组的负责人李向辉老师还是副研究员，尚不能带博士。于是，遗传所老所长胡含研究员欣然同意担任朱祯的中方导师，与Hughes教授一起，共同指导朱祯在田纳西大学和遗传所进行的博士阶段的学习和研究。因此，在各方的帮助下，朱祯很幸运地成了遗传所的第一位博士研究生。
田纳西大学植物科学系的研究水平位于世界研究前列，其研究条件也很便利。在Hughes教授实验室，朱祯开展了用脂质体包裹DNA导入植物细胞的研究。脂质体介导法(1iposome-mediated transformation)是通过植物原生质体的吞噬或融合作用把脂类物质包裹的外源DNA 转入植物原生质体的方法。上世纪80年代，研究者在植物转基因技术上进行了多种尝试，但转化效率均比较低或者不稳定。朱祯得益于在遗传所学习的原生质体培养技术，尝试用脂质体介导方法进行转基因技术的摸索。他先从比较容易再生和转化的烟草入手，获得成功后，再转化水稻，经过无数次尝试，最终建立了脂质体介导的水稻转化体系。
1987年底，留学期限临近，朱祯如约回到遗传所，在胡含和李向辉两位老师的指导下继续从事水稻转化工作，并于1988年顺利通过了博士论文答辩。1989年2月，朱祯喜获中国科学院遗传研究所颁发的第一张理学博士学位证书（图1）。
图1 中国科学院遗传研究所颁发的第一张理学博士学位证书
2 科研
1987年回国之前，朱祯在美国申请了洛克菲勒基金并得到了资助，因此，从1988年10月至1991年6月，他在该基金支持下连续3次返回美国，每次停留3~5个月，在田纳西大学以博士后的身份进行合作研究。
1991年初，李向辉老师退休，朱祯任中国科学院遗传研究所植物遗传操作实验室负责人，1993年受聘为遗传所研究员，继续从事生物技术研究，在水稻杂种优势机理研究、转基因抗虫水稻等作物的研制和新品种培育、转录后基因沉默机制3个方面取得了重要进展。
长期以来，朱祯对杂种优势的分子机理研究保持浓厚的兴趣。杂种优势是自然界普遍存在的一种自然现象，是指杂交一代（F1代）个体的某些性状超出亲本的现象，这些性状可以体现在生长力、生存力或者繁殖力的增强。早在2000多年前，我们的祖先就知道利用马与驴杂交产生更为强壮高大的骡，这其实就是对杂种优势利用的一个很好的例子。杂种优势常见于远缘杂交组合后代，人们不但利用种内杂交、种间杂交、甚至还扩展到属间杂交来创制杂种，获得表现杂种优势的子代。近两个世纪，育种家根据杂种优势现象，对玉米、水稻、猪、牛、鸡等农作物，以及家畜、家禽进行配种组合，获得产量、品质、抗性、生长速度和繁殖能力远远高于亲本的杂交良种。“世界杂交水稻之父”袁隆平的“超级稻”设想，也是基于对水稻杂种优势的利用。尽管杂种优势已经在育种工作中得到了广泛应用，但是其理论基础至今没有定论。2009年，遗传发育所朱立煌研究组、朱祯研究组、湖南杂交水稻中心袁隆平研究组和中科院基因组所于军研究组，对两优培九(LYP9)和其亲本93-11和培矮64s进行了比较转录组学研究，挖掘了大量与杂种优势相关的功能基因和调控因子，指出杂交优势是多种复杂分子机制共同作用的综合结果。该研究为解析杂种优势分子机制提供了大量备选遗传位点，具有重要意义，相应成果发表在PNAS（美国科学院院报），并被Cell杂志特别介绍，还入选了2009年度“中国基础研究十大新闻”。通过对其他杂种水稻的研究，朱祯研究组还揭示了生物时钟节律和光信号反应途径、差异小分子RNA及其靶标介导的生长素信号网络在杂种优势中的贡献，为进一步研究和利用杂种优势进行作物改良提供了新的分子依据。
30多年来，朱祯一直致力于植物基因工程研究，在水稻、棉花等作物转基因研究中进行了大量的尝试并取得丰硕成果：自主开发了无选择标记、高效稳定表达、多价组合的转基因技术，培育了广谱高抗、稳定高产的多个抗虫转基因水稻株系和组合，多次被Science、Nature系列、以及其他重要学术刊物和路透社、法新社等国际媒体报道；迄今，已经获得授权专利18项，申请或公开专利6项，与他人合作研制的3个抗虫转基因棉花品种已通过品种审定，并已推广应用；抗虫转基因棉花，以及甘蓝分别获得了省部级奖项。2008年，在柏林召开的第20届国际遗传学大会中，朱祯曾作为分会特邀报告人进行抗虫转基因水稻成果汇报，引起了国际同行的重视。
在进行植物转化研究中，人们经常发现已经整合到植物基因组中的外源基因并未在受体植物中表达，而是处于一种“沉默”状态，这种现象被称为基因沉默（gene silencing），基因沉默是植物的一种防御机制，用于对抗外源DNA或病毒的入侵，后来，在动物和真菌中也发现了基因沉默的现象。基因沉默的途径多样，可以发生在基因表达的各个步骤，而在基因转录后发生的沉默，则被称为转录后基因沉默（post-transcriptional gene silencing）。朱祯指导多位研究生，借助转基因手段，以模式植物烟草为研究材料，对诱导转录后基因沉默的分子机制进行了系统性研究，提出“基于未成熟转译终止的基因沉默”模型，认为外源基因中的一些稀有密码子导致翻译的提前终止，从而产生大量的异常RNA，这些异常RNA分子有可能进入siRNA途径，引发转录后基因沉默；相应地，对基因密码子进行优化，则可有效地降低转录后基因沉默。
3 国家战略思考与科普宣传活动
30多年的学习和工作，将朱祯与遗传发育所紧紧地联系在一起。他认为自己所取得的成绩不仅依赖于祖国科研形势的根本性好转，还与遗传发育所的培养和支持分不开。他说，归根结底，科学是要为国家和人民服务的。在20世纪90年代末，朱祯受遗传所陈受宜所长的委托，担任《21世纪中国农业科技发展战略》一书中“农业基础性研究和农业高新技术领域”的组织和主要撰写工作，同期还配合有关管理部门起草中科院生物口的二期创新工程报告，这不仅需要广博的专业知识架构，更需要开阔的专业视野和敏锐的科技发展洞察力。在此期间，他经历了难以想象的压力，也经过了无数个无眠之夜的煎熬，但他觉得这些磨练既是挑战也是机会。朱祯通过坚持不懈的努力，使自己对现代化农业有了一个全局和全新的认识，这个艰难蜕变的过程是一名普通的科学家逐渐成长为有战略前瞻眼光的专家的必经之路。他鼓励科学家在研究工作之外适当参与科研行政管理，为国家有关领域的科研发展提出积极建议，同时还能增强自身的专业修养。朱祯曾担任中科院生命科学与生物技术局副局长、遗传发育所副所长，以及科技部“863”计划、国家发改委“战略研究”指导委员会等多种科研指导专家组组长或成员，在繁重的研究任务之外，他还特别关注国家战略中的农业和生物学的方向建设，并以促进遗传发育所的科研进步为己任。1992年，李鹏总理视察遗传所期间，他曾为总理汇报遗传所转基因棉花的研究成果，为遗传所的转基因研究赢得了总理基金支持；在参与总理座谈会时，朱祯代表遗传所反映，当时我国培养的博士，必须在国内服务满五年后才能申请去国外学习，这一规定影响了年轻人的发展和深造；另外，他还建议对青年科学家予以支持，这些均得到了总理的重视和回应。朱祯曾参与科技部主导的一期“国家转基因植物研究与产业化”专项实施方案的论证，提出国家应注重玉米、棉花、大豆的转基因研究；另外，他还与其他专家一道，呼吁建立国家植物基因研究基地。2004年，我国建立了一南（武汉）一北（北京）两个植物基因研究中心，作为北方植物基因研究中心的依托单位，遗传发育所获得大力支持，并在植物功能基因组学研究中取得令人瞩目的成就。2006年，朱祯参与科技部筹划的二期转基因专项方案的制订，农业部接管转基因专项后，他作为国家重大科技专项——“转基因动植物新品种培育重大专项”实施方案编制组副组长，为该项目的立项、实施付出了大量心血。正是因为朱祯与其他科学家的积极倡导，我国转基因专项得以向前推进，转基因研究成为农业发展领域的重要方向，为我国农业可持续发展提供了强有力的科技支撑。从2007~2016年，10年间国务院发布的“一号文件”中有7次提到了“转基因”，足见转基因研究在国家战略发展中的重要地位。
高深的科学研究难以走入老百姓的日常生活，有时甚至和大众的传统理念产生冲突。自上世纪70年代人工重组DNA成为可能，转基因研究和应用便一直处于社会争论的漩涡之中。而近20年来，“转基因”已经成了社会影响最广、争议最大的一个话题。可以说，转基因之争已经远远超出科学问题的争论范围，而成了科学与意识形态之间的斗争。2002年之后，随着极端环保主义渗入中国，转基因在中国受到误解，反对转基因的激进分子将研究转基因的科学家当做“头号公敌”，甚至采取极端的手段对其进行攻击。在这种严峻形势下，转基因科普工作也充满了风险，但朱祯站出来了，他认为，坚持科学，让大众理解科学、接受科学，是科学家义不容辞的责任。因此，他始终坚持参与转基因社会宣传活动，在近10年间，辗转全国各地，组织或参与科普讲座、座谈200多场次，获得了普遍赞誉。在朱祯和其他科学家积极倡议支持下，中国生物工程学会、中国植物保护学会、中国作物学会、中国植物生理与分子生物学学会和中国农业生物技术学会等五家专业学会建设了农业生物技术科学知识传播网络平台——“基因农业网”，以视频、文章、报告等形式，向民众传播科学知识，进行转基因科普宣传，并对国际农业发展动态、各国转基因政策进行解读，成为国内进行转基因宣传的重要媒介。近几年来，朱祯在转基因宣传中投入了更多时间和更大精力，他与热心科普的科学家一起，遍洒科学的种子，推动了我国战略科技项目的实施和转基因研究的深入和推广，为提高我国人民的科学素养做出了贡献。
4后记
与朱老师约定时间，并不是一件容易的事，近些年，除紧张的研究工作之外，他还参加许多学术会议和科普活动，这使他的时间更为宝贵。我很幸运，能够在朱老师百忙之余，与他畅谈几个小时，听他爽快地从中学时代的学习，一直聊到目前的工作。
很多年来，朱老师在我们心目中的形象都是雷厉风行、坚忍不拔的，无论是作为研究生导师还是研究所领导，他的辨识度都很高，开朗的笑声和出色的决策能力，是他的标签。从他进入遗传所、拿到博士学位，至今已经30多年了，他亲历了遗传发育所驶入快速科研发展轨道以来的每一个辉煌时刻，并为此感到欢欣鼓舞。他说，遗传发育所人是有激情、有梦想、有勇气的，在中科院的创新知识工程支持下，能够抓住生物学发展的各种契机，大胆开拓，锐意进取，因此才取得了今天的骄人成绩。言谈之间，无不体现了他对遗传发育所的深厚感情，和对我国生物技术发展的殷切期望。回望自己这么多年的经历，朱老师感慨万千，他说，自己曾是遗传所最年轻的研究员，到如今已经成了荣誉研究员，感到还没缓过神来，几十年的时光就已经匆匆流走，真是太快了！岁月荏苒，时不我待，他希望能与各位同仁共勉，抓紧时间，争取为祖国的科学事业多做贡献。朱老师的科研生涯，是近40年来我国生物技术发展的一个缩影，从植物组织细胞工程、到作物基因改良品种、以致今日的分子设计育种，都是智慧和汗水的结晶。而朱老师以促进国家和科学发展为己任的精神，则是最令人钦佩的，正是因为有千千万万名如朱老师一样不计名利科学家的不懈奋斗、薪火相传，才推动了我国科技事业的向前发展。
时光知味，岁月沉香。我们的祖国走过弯路，历经坎坷；我们的研究所一度踟蹰，一度迷茫；我们的科学家曾经犹疑，曾经彷徨；而今，雾霾尽去，风云灿烂，岁月光华。在此，本文谨以有限的篇幅，对朱老师的学习和科研生涯、遗传发育所的阶段性历史、以及我国农业生物技术的某些局部发展，进行了简单的梳理，旨在为读者增加一点科研背景知识，以方便大家以更全面、更深刻的视角理解近40年我国乃至世界农业发展之路，以及未来农业的发展趋势。
致谢：本文在写作过程中得到了遗传发育所朱祯、胥伟华、官湉、郑家强和张磊等各位领导和老师的指导和帮助，在此一并致谢！