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　　曹曉風(fēng)和獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)成員正在解析實(shí)驗(yàn)結(jié)果（前排為曹曉風(fēng)，后排左起：劉斌、劉春艷、宋顯偉、陸發(fā)?。?。曹曉風(fēng)供圖
　　DNA測(cè)序技術(shù)發(fā)明之后，科學(xué)家認(rèn)為可以通過(guò)DNA全基因組測(cè)序解析生命的全部密碼。然而漸漸的，他們發(fā)現(xiàn)有些重要信息并不編碼于DNA序列里面，即便基因序列沒(méi)有發(fā)生變化，生物體的表型也可以改變。這種研究被稱為“表觀遺傳學(xué)”。繼傳統(tǒng)遺傳學(xué)之后，表觀遺傳學(xué)如火如荼地發(fā)展起來(lái)了。
　　中國(guó)科學(xué)院院士、中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所（以下簡(jiǎn)稱遺傳發(fā)育所）研究員曹曉風(fēng)及其團(tuán)隊(duì)花了11年時(shí)間，開(kāi)辟了水稻表觀遺傳研究的新方向，在組蛋白甲基化、小RNA調(diào)控植物生長(zhǎng)發(fā)育和轉(zhuǎn)座子活性的機(jī)制研究領(lǐng)域取得了一系列系統(tǒng)性原創(chuàng)成果。相關(guān)成果獲得2019年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
　　另起爐灶
　　2003年6月，曹曉風(fēng)從美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校來(lái)到中科院遺傳發(fā)育所。那時(shí)，國(guó)內(nèi)的植物表觀遺傳學(xué)研究才剛剛開(kāi)始。
　　獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)成員、遺傳發(fā)育所副研究員劉春艷介紹，表觀遺傳主要包括了三種重要的機(jī)制，DNA甲基化、組蛋白修飾和小RNA調(diào)控。DNA甲基化不僅是當(dāng)時(shí)國(guó)際上研究的主流，也是曹曉風(fēng)已經(jīng)站穩(wěn)腳跟的方向。然而，為了與美國(guó)導(dǎo)師的研究工作更有區(qū)分度，作為表觀遺傳學(xué)研究領(lǐng)域很有實(shí)力的一位新秀，曹曉風(fēng)選擇了“人煙稀少”的地方，從頭開(kāi)始。
　　組蛋白甲基化是組蛋白修飾中最為重要、最為復(fù)雜的一種修飾，在維持染色體功能以及各種細(xì)胞生理活動(dòng)的調(diào)控過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。組蛋白甲基化過(guò)程是由甲基轉(zhuǎn)移酶來(lái)完成的。圍繞植物組蛋白甲基化是如何生成的問(wèn)題，曹曉風(fēng)選擇的第一個(gè)突破口，就是建立和優(yōu)化純化手段，從花椰菜中分離純化植物組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶。
　　回國(guó)近半年，曹曉風(fēng)經(jīng)過(guò)反復(fù)嘗試、失敗、調(diào)整、優(yōu)化，終于建立了甲基轉(zhuǎn)移酶純化體系，為后續(xù)一系列工作奠定了基礎(chǔ)。
　　可緊接著，新的挑戰(zhàn)接踵而至。
　　先前，科學(xué)家認(rèn)為組蛋白的甲基化作用是穩(wěn)定而不可逆的。但2004年，在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)這一過(guò)程是可逆的，起關(guān)鍵作用的就是去甲基化酶。
　　這是一個(gè)令人欣喜的發(fā)現(xiàn)。于是，曹曉風(fēng)把目光投向了植物組蛋白甲基化去除這一表觀遺傳調(diào)控的重要機(jī)制。獲獎(jiǎng)團(tuán)隊(duì)成員、遺傳發(fā)育所研究員陸發(fā)隆表示，他們花了2年時(shí)間先建立起了植物體內(nèi)組蛋白去甲基化酶活性檢測(cè)體系，最終鑒定了首個(gè)植物H3K27me3去甲基化酶REF6。并指出其不是哺乳動(dòng)物中H3K27me3去甲基化酶的直系同源物，這也改變了學(xué)界過(guò)去的猜想。
　　這項(xiàng)研究闡明了組蛋白甲基化調(diào)控基因表達(dá)和植物發(fā)育的機(jī)理，填補(bǔ)了組蛋白修飾調(diào)控機(jī)制方面的一個(gè)空白。
　　為轉(zhuǎn)座子“正名”
　　就一個(gè)團(tuán)隊(duì)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展而言，布局大方向中不同的小研究方向，保持研究體系的完整性很重要。曹曉風(fēng)并沒(méi)有“把所有雞蛋放在一個(gè)籃子里”。
　　在組蛋白甲基化研究的同時(shí)，曹曉風(fēng)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先開(kāi)展了作物小分子RNA的研究。他們明確了負(fù)責(zé)小分子RNA加工的關(guān)鍵酶DCL蛋白家族成員在各種小分子RNA生物合成途徑和控制水稻重要農(nóng)藝性狀中的功能，揭示了小分子RNA對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的調(diào)控作用。
　　隨著研究的深入，他們發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座子是小分子RNA的重要來(lái)源。可在過(guò)去，轉(zhuǎn)座子一直被認(rèn)為是“垃圾DNA”。
　　因發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)座子而獲得1983年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)的科學(xué)家麥克林托克，曾提出“轉(zhuǎn)座子調(diào)控元件”假說(shuō)，但始終沒(méi)能在基因組水平上得到證實(shí)。
　　曹曉風(fēng)團(tuán)隊(duì)的研究發(fā)現(xiàn)，水稻中大量散布于基因附近的MITE類轉(zhuǎn)座子可產(chǎn)生小RNA，并精細(xì)調(diào)控旁側(cè)基因的表達(dá)?！拔覀兪状卧谌蚪M水平上證實(shí)了麥克林托克的假設(shè)，指出小RNA可以和轉(zhuǎn)座子互為影響，從而調(diào)控周圍基因的表達(dá)?！眲⒋浩G說(shuō)，轉(zhuǎn)座子并不是垃圾DNA，它在生物進(jìn)化和環(huán)境適應(yīng)性中扮演了很重要的角色，這也為從表觀遺傳角度進(jìn)行作物分子育種提供了新的線索和手段。
　　中科院院士李家洋在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)表示，曹曉風(fēng)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)水稻中小分子RNA和組蛋白甲基化有著內(nèi)在的相互調(diào)控關(guān)系，植物組蛋白甲基化在調(diào)控轉(zhuǎn)座子沉默中發(fā)揮著重要作用，“其實(shí)這是一個(gè)完整的表觀遺傳調(diào)控機(jī)制的不同方面”。
　　李家洋評(píng)價(jià)，曹曉風(fēng)團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域的一系列系統(tǒng)性原創(chuàng)成果不僅為進(jìn)一步揭示表觀遺傳調(diào)控機(jī)制在植物生長(zhǎng)發(fā)育和環(huán)境響應(yīng)中的功能打下基礎(chǔ)，也開(kāi)辟了水稻表觀遺傳學(xué)研究的新方向，引領(lǐng)了學(xué)科的發(fā)展，為從表觀遺傳層面研究作物重要農(nóng)藝性狀奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
　　育人之道
　　陸發(fā)隆是最早加入曹曉風(fēng)團(tuán)隊(duì)的學(xué)生之一，當(dāng)年，正是通過(guò)組蛋白甲基化與去甲基化這項(xiàng)研究，讓他迅速成長(zhǎng)為可以獨(dú)當(dāng)一面的科研人員。如今，“曹老師的學(xué)生中在國(guó)內(nèi)外擔(dān)任教授的已有十四五位之多，這對(duì)一個(gè)建成16年的實(shí)驗(yàn)室來(lái)說(shuō)，很不容易”。
　　她一直倡導(dǎo)一種開(kāi)放的科研文化?！安芾蠋熓挚粗貙W(xué)術(shù)同行的交流，也鼓勵(lì)學(xué)生多參加學(xué)術(shù)會(huì)議，學(xué)會(huì)自我表達(dá)?！眲⒋浩G還記得，相關(guān)或跨學(xué)科領(lǐng)域的專家常常被邀請(qǐng)來(lái)實(shí)驗(yàn)室，“尤其在我們的一些研究處于萌芽或者進(jìn)行到一半的關(guān)鍵時(shí)期，為我們提供建設(shè)性意見(jiàn)，幫助我們打開(kāi)思路”。
　　1月10日上午，國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)結(jié)束后，曹曉風(fēng)就馬不停蹄趕回遺傳發(fā)育所，參加基因組生物學(xué)研究中心學(xué)術(shù)年會(huì)。在陸發(fā)隆心里，即便過(guò)去這么多年，那個(gè)當(dāng)年經(jīng)常夜里不回家、在沙發(fā)上醒來(lái)就投入研究的曹曉風(fēng)，依然是實(shí)驗(yàn)室最用功的那個(gè)科學(xué)家。
　?。ㄔd于《中國(guó)科學(xué)報(bào)》 2020-01-21 第3版 農(nóng)業(yè)科技)