唤醒植物体内的沉默基因
——记中国科学院昆明植物研究所研究员刘莉
□ 王德通
刘莉
近百年来，地球气候经历了一次以全球变暖为主要特征的显著变化，并在近年来愈演愈烈。2018年，联合国政府间气候变化专门委员会发布了《IPCC全球升温1.5℃特别报告》再一次为全人类敲响了警钟：一旦全球平均气温较工业化前水平升高1.5℃甚至是2℃，那么将会为地球、人类以及动植物带来不可挽回的影响。
尤其对植物而言，它的生长需要的自然环境是由一系列生物胁迫和非生物胁迫造成的，其中干旱、水淹、寒冷等非生物胁迫对植物的危害尤为严重。“植物不像动物一样可以躲避、逃跑，它们自身在适应环境的过程中会产生某种机制并会将这种机制传递给它的子代，让其世世代代更好地存活下去。”中国科学院昆明植物研究所（简称“中科院昆明植物所”）研究员刘莉说。多年来，她所领导的课题组就将研究的关注点放在了叶绿体蛋白的生物学功能研究，以解析在全球气候变化下，植物在抵抗非生物逆境（水分胁迫）、植物生长发育调控（抗衰老和增强光合速率）的作用，运用多种遗传工程方法创建改良植物抗逆性体系，激活植物体内的沉默基因，以此作为研究之路而耕耘不辍，十几年热情不减。
偶被启蒙，树立人生理想
达尔文曾说过：“我之所以能在科学上成功，最重要的一点就是对科学的热爱，坚持长期探索。”这一特质，在刘莉身上得到了很好的验证。
高中时期，刘莉就读于华中师范大学第一附属中学，学校开放自由、兼容并包的氛围让学生有很多机会去武汉市的各个高校进行交流、学习。一次偶然的机会，刘莉来到了华中农业大学听到了我国作物遗传育种和植物分子生物学家张启发院士的一个报告，当时张院士提到：水稻利用遗传工程来改良，可以很好地提升产量，使其抗逆性增强，以此提升它们吸收肥料的能力。原本只是对生物学有浅显了解的刘莉，在那次报告中第一次感受到了分子生物学、分子遗传学研究的价值与趣味所在，而这场令刘莉颇为震撼的报告便成了她科研道路的启蒙，使她在进行大学专业选择时毫不犹豫选择了生物系，通过在作物遗传改良国家重点实验室转化组林拥军教授团队多年的研究历练，刘莉于2008年获得了华中农业大学遗传学博士学位。
科研无止境，刘莉直言自己在博士时期才摸到做科研的门槛。博士毕业后，为了能够学习到研究领域更前沿的知识，她毅然踏上了国外留学之路，来到了美国加利福尼亚州立大学戴维斯分校进行博士后研究，在植物科学系遗传学教授Eduardo Blumwald的团队进行“利用干旱和衰老双重诱导启动子构建抗旱性极强的转基因烟草和水稻，解析其极端抗旱的分子调控机制”的研究。在这之后，刘莉又来到了植物生物学系著名的叶绿体蛋白质功能研究者Steven Theg教授的团队进行“揭示叶绿体基质伴侣蛋白的功能”和“分析光合作用过程中叶绿体的质子动力”的研究，在这一阶段，她将主要精力放在做叶绿体实验上，以解析其在抵抗非生物逆境、植物生长发育调控的作用，并通过研究发现叶绿体中有一类伴侣蛋白Hsp70，可以帮助细胞膜稳定，帮助叶绿体蛋白转运，而这一方向研究也成为刘莉目前科研方向的重点。
无论在哪里从事研究工作，理想和目标都是相同的，只有坚持，才可以走得长远。在刘莉看来，现在的中国不仅在实验室硬件条件上有了大幅度提升，同时也给了科学家们更大的舞台去施展抱负，带着这份期盼，她于2014年正式进入中科院昆明植物所资源植物与生物技术重点实验室担任课题组长，并于2015年获得“百人计划”支持，基于在美国的研究基础，主要从事小立碗藓等植物耐旱和抗盐性状形成的适应性进化机制和叶绿体在抗逆反应中的作用机制研究。
寄情于植，回国致研开拓前行
从2008年9月到2014年4月，刘莉在美国度过了自己整个职业生涯的重要时期，6年的磨砺与淬炼也给刘莉今后的科研历程打下了坚实的基础。
经过研究探索，他们发现超量表达的Hsp70的转基因植株抗旱能力增强。经过干旱处理后的小立碗藓叶绿体膜结构完整，复水时在10分钟内恢复光合速率，实际上得益于Hsp70蛋白激活共表达网络成员参与叶绿体和细胞核之间的细胞器信号交流和反馈互作。这一发现，加深了我们对半自主细胞器适应环境过程中如何维持自身稳定性的认识。此外，刘莉还首次开发了定位于叶绿体类囊体的荧光探针，且目前已经成功建立了监测质子动力势的共聚焦显微镜成像体系和荧光光度计体系。这一研究成果为基因工程改造水稻等农作物、提高光合效率及产量奠定了扎实的理论基础，研究成果在2015年国际光合会议上展出后立即受到同行专家的高度关注，以此为基础与美国加州大学伯克利分校等多所著名大学建立了良好的合作。
数学类的课程向来都是结果导向型的课程体系，那能不能将其基于工作过程系统化设计呢？吉林工程技术师范学院利用数学建模过程重构课程体系，在任务驱动模式下开发课程。应用模型分析实际问题，学生解决问题的能力得到了提升，通过实践取得很好教学效果。除此以外，CJHJ程序设计、饭店服务学、电气控制与PLC、电子商务物流管理、中级财务会计、电力系统分析等课程已经运用工作过程系统化实现了课程设计，相信很快会付诸于实践。不过，如果能先对专业课程体系进行设计再来做单个课程的设计可能会收到更好的教学效果。钦州学院对油气储运工程开展了工作过程系统化设计改革，有效提升了学生创新能力、应用能力。
近年来，我国各地区为了促进林业的发展，提高农民的生活水平，都在不同程度上开展了林下经济活动。目前，在诸多因素的制约下，林下经济效益呈现出明显不足的现象。在此背景下，本文主要以我国南方集体林区为例，分析该区林下经济的发展情况，并深入探讨影响林下经济效益的因素。
在刘莉的讲述下，记者了解到：苔藓是最早登陆的绿色高等植物，在植物的进化树上处于一个非常特殊的位置，它既有水生藻类旺盛的繁殖再生能力，又进化出高等植物适应陆地生存的抗逆反应机制，能经历长期干旱而迅速恢复再生。尤其是高原极端环境下生长的苔藓，因抵御逆境的能力非常强大，对于揭示植物抗逆性形成机制和进化意义非常有价值。
回望历史，民族自信、政党自信、国家自信、人民自信都不是从天上掉下来的，而是在波澜壮阔的历史实践中形成和积累起来的；凝望现实，中国特色社会主义道路自信、理论自信、制度自信、文化自信，都是进行时、不是完成时，没有最自信、只有更自信；展望未来，“四个自信”必将凝聚和鼓舞中华民族和中国人民的磅礴力量，勠力同心实现中华民族伟大复兴。
长期以来的研究发现：蛋白质跨膜需要多种伴侣蛋白的参与，但是其具体运行机制仍然存在争议。在之前的研究中，刘莉首次发现了定位于叶绿体基质的伴侣蛋白Hsp70在跨生物膜过程中是能量提供的主导马达蛋白，因其创新性进展引起国际上多个领域专家的关注。自2014年春季，她在中科院昆明植物所开展独立研究后，刘莉便领导团队对小立碗藓中的Hsp70的分子进化、信号转导调控和转运蛋白复合体工作机制等方面做了一系列研究，并取得了诸多原创性科研成果。
2018年刘莉课题组合影
砥砺前行，破解科研未解之谜
独行虽快，众行致远。刘莉今天取得的成就离不开团队支持与协作。在10人左右的研究团队中，每位成员都有自己擅长的科研方向，作为团队的领头人，多年来刘莉与成员们彼此尊重，共同学习、成长，步步前行中留下的是与这些志同道合的同事们挥洒青春的岁月。
针对植物基因组原位遗传操作技术这一植物分子遗传学研究的难点和瓶颈，刘莉课题组还建立了稳定、可靠、高效的苔藓转基因方法。目前，他们已克隆苔藓抗逆相关基因、诱导启动子30余个，申请专利13个，是相关研究领域获授权和进入实审的发明专利、拥有自主知识产权最多的团队。针对苔藓基因组特点，他们还构建了苔藓植物中第一例高效多靶标基因组编辑技术，目前已与中国科学院植物研究所、武汉大学等多家单位建立良好合作，为解析陆生起源基因家族的功能进化奠定了基础。
对于未来的研究之路，刘莉仍保持着那份最初的赤诚，她直言：在逐渐深入研究中，就会发现研究领域内的未解之谜仍有很多。“我们可以把遗传改良研究比喻成一盘美味的番茄炒蛋，而我们现在仍在停留在找鸡蛋和番茄的过程中，而在找到了鸡蛋和番茄之后，我们还要判断哪个鸡蛋和番茄是合适的、好吃的，所以这个事情可以做一辈子。”刘莉说。未来，她还将和团队成员们聚焦于叶绿体蛋白逆境适应作用研究，为解析新基因促进生物谱系特异性形成提供理论和实验基础，为进一步利用新基因及互作系统进行遗传改良提供科学依据。
由此可见，实施风险管理方案，能够有效防范护理过程中存在的风险因素，既提高了手术成功率，还有助于建立起良好的护患关系，具有良好的临床意义，值得进一步应用与推广。
在关系到人类赖以生存的自然环境方面，刘莉团队也在做着长久的努力。最近几年在参加相关国际会议与领域交流时，刘莉发现许多从事生态学研究的人都对植物很感兴趣，未来她希望利用目前团队中所搜集到的具有耐高温、耐污染抗旱等特性的特色苔藓资源，结合自己团队目前研发的技术和生态学研究的科学家合作来为生态修复做一些事情。
独我情怀寄树草，刘莉还将领导团队继续发掘、攻克科研中的未知……