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| 3年切了1.5噸花菜！90后博士生一作發(fā)Science |
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文 | 《中國科學(xué)報》記者 刁雯蕙 實習(xí)生 卜金婷
“又不見了！蛋白到底去哪里了？”凌晨兩點，實驗室里傳來謝國輝崩潰的聲音。
3年來，這樣的時刻時常上演，謝國輝自己也數(shù)不清經(jīng)歷了多少次。不過好在他所有的付出終于有了一個滿意的結(jié)果。
近日，南方科技大學(xué)博士生謝國輝以共同第一作者的身份，收獲了人生中的第一篇Science論文。
這項研究解析了最后一種結(jié)構(gòu)未知的真核RNA聚合酶——Pol V的功能機制，提出其通過滯留在染色質(zhì)上而招募下游作用因子引起DNA甲基化和基因沉默的工作模型。
審稿人在評價中指出，該研究為解析真核生物RNA聚合酶的分子結(jié)構(gòu)找到了最后一塊“拼圖”。
2019年5月，謝國輝作為科研助理進(jìn)入南方科技大學(xué)教授杜嘉木課題組，開始了結(jié)構(gòu)生物學(xué)的研究。那時的他，對這個領(lǐng)域還是一知半解。 “我之前是研究植物病理方面的，對蛋白純化和結(jié)構(gòu)解析可以說完全是一個小白。幸運的是遇到了一群良師益友，杜嘉木老師給予了我最大的支持與指導(dǎo)，胡泓淼師兄和杜璇師姐帶領(lǐng)我進(jìn)入蛋白純化與結(jié)構(gòu)解析的大門。”謝國輝告訴《中國科學(xué)報》。 植物在不同環(huán)境、生長的不同階段都會對自身的基因進(jìn)行表達(dá)調(diào)控，某些時候會把一些基因沉默掉，促進(jìn)另外一些基因的表達(dá)，以此來適應(yīng)它的生長環(huán)境。例如在旱災(zāi)的時候，植物會調(diào)控自身的某些基因應(yīng)對干旱，減少自身水分的蒸發(fā)或者不再繼續(xù)長高。 DNA甲基化就是一種重要的基因表達(dá)調(diào)控方式，這是杜嘉木課題組研究的主要方向。植物中DNA甲基化需要一個非常特殊的RNA聚合酶，即Pol V的參與。與常規(guī)的RNA聚合酶合成RNA不同，Pol V不僅要合成RNA，還需要停留在染色質(zhì)上為其他因子提供“定位”，因此是一個既要動（合成RNA）又不能動（停留在染色質(zhì)上）的矛盾體。 “所以大家一直很疑惑Pol V到底怎么發(fā)揮功能的？想要進(jìn)行更細(xì)致的研究就需要開展Pol V的結(jié)構(gòu)測定工作，這是我進(jìn)課題組后導(dǎo)師交給我的第一個課題。”謝國輝介紹。 當(dāng)時，導(dǎo)師讓謝國輝與另一位一作胡泓淼博士一起摸索，去揭開Pol V結(jié)構(gòu)上的面紗。 誰承想，這一摸索就是三年多。期間，謝國輝轉(zhuǎn)換了身份，于2021年攻讀博士學(xué)位，手上的這項研究，分量也更加沉重。 “在一次次失敗、崩潰中，不斷總結(jié)經(jīng)驗，靠著極其微量的樣品外加想象，一點點地摸索出復(fù)合物的性質(zhì)，最終成功達(dá)成電鏡數(shù)據(jù)收集與結(jié)構(gòu)解析?！敝x國輝說。 2022年12月5日，謝國輝等人懷著忐忑的心情將稿件投出，很快便收到了審稿人的意見。而且，三位審稿人的意見都十分積極，并認(rèn)為謝國輝等人的研究為解析真核生物RNA聚合酶的分子結(jié)構(gòu)找到了最后一塊“拼圖”。
一將功成萬菜枯。在這篇Science論文背后，不得不講講那些逝去的花菜。 打開手機訂單頁面，謝國輝好奇地數(shù)了一下這3年里到底用了多少花菜？結(jié)果讓他大吃一驚：整整用了1.5噸花菜！ 為什么當(dāng)初選擇花菜作為實驗材料呢？謝國輝告訴《中國科學(xué)報》，“我們研究的Pol V在植物中含量極低，提純難度大，這給我們前期的研究帶來了極大的挑戰(zhàn)。在一次學(xué)術(shù)交流中，中科院曹曉風(fēng)院士提到可以使用花菜提純蛋白，這給了我們極大的啟發(fā)?！? 提取花菜的蛋白，首先需要將花菜的花削下來，用液氮冷凍后研磨成粉，加入細(xì)胞核提取液中，再將細(xì)胞核提取出來，并進(jìn)行蛋白復(fù)合物的提取純化，但能夠純化出來的Pol V微乎其微。 “10公斤的花菜往往能提取60克的細(xì)胞核，再從這60克的細(xì)胞核中提取蛋白，最后提出來的蛋白也就3微克左右?！敝x國輝表示。
更令人抓狂的是，很多時候拿到細(xì)胞核提取物再進(jìn)行純化后，根本鑒定不到蛋白質(zhì)，“我們每一步都會檢測，可以看到最開始是有Pol V蛋白的，然后隨著不斷地純化，蛋白可能在某一步驟就突然不見了，這是令我們最頭疼的時候，因為影響的因素有很多，需要逐個排查?！敝x國輝無奈地說。 3年來，謝國輝和同伴重復(fù)了上百次蛋白提純的實驗過程。在前兩年的時間里，謝國輝每隔一周就要切幾十公斤的花菜，他將提取到的細(xì)胞核凍存在冰箱里，做實驗時就從里面取一部分出來。為此，謝國輝還收獲了有趣的外號：花菜殺手。 “我本來就不愛吃花菜，這下子徹底不吃了，但是每次和同學(xué)一起去聚餐，他們都會點一份干鍋花菜放到我面前?！敝x國輝回憶起同門聚餐的場景，不禁笑了起來。 經(jīng)歷了兩年多與花菜斗智斗勇的日子，謝國輝等人終于獲得了一株可以順利提取蛋白的抗體，摸索出了合適蛋白提取純化條件，從而獲得了足夠的蛋白，但他們又面臨著另外一個難題。 
花菜
“一開始我們覺得只要蛋白提取出來，接下來的實驗會更容易。但真正拿到蛋白后，我們發(fā)現(xiàn)它與其他聚合酶的性質(zhì)不太一樣，蛋白一旦多了以后它就聚在一起了，根本就不適合電鏡數(shù)據(jù)的收集，更別說解析結(jié)構(gòu)了?！敝x國輝說。 于是，謝國輝與正在深圳大學(xué)進(jìn)行博士后工作的杜璇合作，在經(jīng)過了近五個月的調(diào)試之后，終于將聚合的蛋白轉(zhuǎn)變?yōu)楠毩⒌念w粒。“得益于前期的嘗試，我們后期對蛋白的摸索還是比較有方向性。” 連續(xù)做十七八個小時的實驗，對謝國輝來說是常態(tài)。從白天到黑夜，從凌晨到黃昏，他幾乎見過了每一個時刻的學(xué)校。 事實上，做基礎(chǔ)研究，在實驗中常常會遇到難以克服的事。慶幸的是，謝國輝遇到了好的科研領(lǐng)路人——杜嘉木教授。 “在實驗設(shè)計與實驗結(jié)果分析方面，杜老師給了我很多的幫助和指導(dǎo)。即使是實驗進(jìn)行不下去的時候，老師也沒有給我太大的壓力，而是鼓勵我先放下課題，調(diào)整心態(tài)?！敝x國輝說道。 在蛋白純化最不順利的那段日子里，大概有兩周多的時間，謝國輝與胡泓淼都沒有去做實驗，“我們相互鼓勵，重新回看實驗記錄本，查漏補缺，不斷進(jìn)行探索，同時向?qū)熀屯瑢W(xué)請教，他們的經(jīng)驗給了我很大的啟發(fā)?！? 在謝國輝看來，他能以一作發(fā)表Science論文，除了有運氣成分之外，更重要的是做科研一定要有內(nèi)驅(qū)力?！白鰧嶒炿m然會遇到很多失敗的時候，但辦法總比困難多，或許正是這股不甘于失敗的驅(qū)動力，讓我能夠在漫漫科研路中堅持下來?！敝x國輝笑著說道。 談及未來規(guī)劃，謝國輝告訴《中國科學(xué)報》：“現(xiàn)在的成果使得我再一次堅定了科研信念，更加專注于眼前，希望能夠在杜老師的引導(dǎo)下，繼續(xù)前行。” https://www.science.org/doi/10.1126/science.adf8231
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