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张忠华:蔬菜基因组学的年轻“老将”


张忠华

■本报记者 张晴丹

每个见到张忠华的人,都觉得他很谦卑,总是礼貌地打招呼,年轻的脸上总能看到憨憨的笑容。然而,在蔬菜基因组学的战场上,他已征战十年,收获各大顶级期刊杂志的无数青睐。

张忠华是中国农业科学院蔬菜花卉研究所(以下简称蔬菜花卉所)的一名研究员,研究对象主要以黄瓜等瓜类为主,还有番茄和马铃薯等作物。十年辛苦耕耘,在他心中凝成了一句话:“复杂的事情简单做,你就是专家;简单的事情重复做,你就是行家;重复的事情用心做,你就是赢家。我们做科研也需要这样。”

“我感觉找到了适合我的平台”

张忠华来自一个普通的农民家庭,他对农业科研有着独特的情怀。

“大学本科是园艺学专业,对园艺学有了初步认识和理解,受当时生命科学热潮的影响,研究生阶段又选择了生命科学领域的生物信息学专业,随着博士论文的进展,我的内心逐渐有了把生物信息学的知识应用于促进农业科学的想法。”张忠华说。

在跟随中科院理论物理研究所郝柏林院士学习期间,张忠华受到了启蒙教导,即生物学可能还存在一些重要的规律等待利用理论计算的方式去发现,那时的他相信数据驱动的生物学肯定是将来的重要研究方向。

因此,这也成为了张忠华从事生物信息学的动力之一。作为国内第一批生物信息学博士生,张忠华手握紧缺型人才的资本却没有走上出国读博士后、拿更优待遇的道路,而是选择了国内一片空白的蔬菜基因组学研究。

实际上,我国蔬菜基因组学首席科学家黄三文研究员的伯乐之邀也是打动张忠华的重要原因。黄三文“对科研的激情和想法”与这个刚毕业的毛头小伙擦出了火花。“我感觉找到了适合我的平台。”张忠华回忆道。

在掌握了生物信息学这门新潮又紧缺的“功夫”后,又有了中国农科院的国家队平台,从2006年开始,张忠华在蔬菜基因组学的世界里上下求索,精进武艺。

从无到有,从起步到升华

在张忠华看来,黄瓜研究特别重要。黄瓜基因组特别小,而且生命周期短,适合做生物学的模拟系统。不过,黄瓜属于甜瓜,导致黄瓜结构性遗传非常狭窄,做遗传育种研究特别困难。

2007年,蔬菜花卉所联合国内外多家单位启动了国际黄瓜基因组计划,该计划的进行需要大量生物信息学分析工作,张忠华作为所内唯一具有生物信息学背景的人员参与了该项计划,负责遗传图谱、遗传—物理整合图谱构建以及基因组特征与生物学特性分析。

在构建遗传图谱过程中,最重要的是开发分子标记。张忠华充分利用自己的生物信息学背景,开发了筛选分子标记的新方法,三个硕士研究生根据其开发的候选分子标记在半年之内就完成了全部实验工作,把筛选效率提高了7倍左右。

此后,张忠华与团队成员又在两个月内快速地构建完成了黄瓜的第一张高密度遗传图谱,以前完成这些工作至少需要3年以上时间,这为黄瓜基因组的顺利解码奠定了重要基础。

2008年底,黄瓜基因组计划进入最后攻关阶段,团队成员放弃节假日,几乎天天围着项目转。张忠华在婚后第三天就回到了实验室,参与到战斗中。

次年上半年,黄瓜基因组序列图谱的绘制和分析工作完成,揭示了黄瓜、甜瓜等瓜类作物起源和进化的历史进程,为黄瓜特异的生物学性状发现了重要基因线索。

张忠华非常擅于利用新技术助力科研工作,其中利用最大的是基因组“大数据”技术。为了充分利用黄瓜基因组研究成果促进黄瓜遗传育种研究,张忠华与其他团队成员利用“大数据”的分析策略,进一步对黄瓜的种质资源进行了系统深入的研究,揭示了黄瓜的起源、进化、驯化等特征,发现黄瓜的苦味丢失等是黄瓜驯化的一个重要特征。

并且,基于“大数据”,他们还快速发现了黄瓜苦味物质合成和调控的候选基因,快速确定了黄瓜果肉颜色为橙色的关键控制基因,为培育“黄金”黄瓜和无苦味黄瓜提供了重要的理论知识。

之后,张忠华还参与了国际马铃薯、番茄、白菜等蔬菜基因组计划。“通过参与这些计划,其实是对自己全方位的一个锻炼。”张忠华说。

蔬菜基因组学从无到有、从起步到升华,每一步都需要从头开始的勇气和毅力。张忠华结合自己的经历坦言,科研就是不断学习和创造新知识的过程,从事科研必须培育自己对新事物的快速学习能力,这是科研工作者最重要的能力之一。读书、网上论坛、同事朋友交流是最重要的几种学习方式之一。

“不过,这一切的前提是要有一个健康的身体,年轻人在努力工作的同时也应经常锻炼身体。”张忠华说。

在基因组学大数据里积累了丰富经验的张忠华认为,用基因组学、转录组学、蛋白组学、代谢组学、表型组学等多组学数据整合分析,来解决重要的生物学问题仍然是未来的主要研究方向。

《中国科学报》 (2017-10-11 第6版 科研)


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