今年4月25日，《科學(xué)》雜志紙質(zhì)版和在線版同時刊發(fā)了一篇論文：科學(xué)家終于首次解析出30nm染色質(zhì)的高清晰三維結(jié)構(gòu)。恰好61年前的同一天，沃森和克里克發(fā)表了現(xiàn)代生物學(xué)中里程碑式的DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)。為了更好地了解DNA如何包裝成染色體，科學(xué)家們一直致力于與破解裝配過程中的各種結(jié)構(gòu)。然而，染色質(zhì)包裝過程中的承上啟下的一個關(guān)鍵部分——30nm染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)，自被觀察到起就一直伴隨著爭議與困惑。直到今年，這一困擾了學(xué)界30多年的結(jié)構(gòu)，才終于被中國科學(xué)家解析出來。果殼網(wǎng)隨即報道了這項(xiàng)成果。
做出這一成果的科研團(tuán)隊有中國科學(xué)院生物物理研究所的李國紅和朱平共同帶領(lǐng)。朱平和李國紅兩位研究員都是在國內(nèi)讀書，國外深造，分別在2008年和2009年從美國回到中國，以“百人計劃”研究員的身份在中科院生物物理所開展研究。
李國紅和朱平可能是當(dāng)代中國一線科研工作者的典型代表：他們學(xué)有專長，配合默契；坦誠合作，完美互補(bǔ)。發(fā)文章，他們不忘愛人的犧牲與支持；教學(xué)生，他們謹(jǐn)遵導(dǎo)師的言傳身教；談科研，他們倡導(dǎo)興趣為本，踏實(shí)鉆研。中國科研的發(fā)展，離不開這些年輕而實(shí)干的科學(xué)家。
果殼網(wǎng)：能給我們介紹下這是一個什么樣的研究嗎？
李國紅：這是一項(xiàng)非常基礎(chǔ)的研究，簡單地說是研究我們基因組如何包裝。我們知道，在高等生物個體中，不同類型的細(xì)胞含有相同的DNA遺傳信息，但卻具有不同的生物學(xué)功能。生物學(xué)中一個最根本，卻又懸而未決的問題是：擁有相似或相同DNA的細(xì)胞乃至物種，是怎樣決定各自不同的命運(yùn)的？
構(gòu)成人體的細(xì)胞形態(tài)大小各異，大的細(xì)胞如卵子直徑可以達(dá)到130 微米左右，小一些的細(xì)胞直徑只有5～6 微米。一個人體細(xì)胞中的基因組DNA長度加起來長達(dá)2米。這么長的基因組DNA到底是如何被“塞”到平均直徑僅有幾微米的細(xì)胞核里去的呢？
在現(xiàn)代生物學(xué)的教科書里，這一過程是通過染色質(zhì)折疊來完成的，四步折疊分別對應(yīng)著染色質(zhì)的四種結(jié)構(gòu)：第一級結(jié)構(gòu)是核小體，它是DNA雙螺旋“繩子”纏繞在組蛋白上而形成的；第二級結(jié)構(gòu)是核小體進(jìn)一步螺旋化形成30nm螺線管（solenoid），這里6個核小體組成一圈形成中空結(jié)構(gòu)的管狀螺旋體，即30nm染色質(zhì)纖維；第三級結(jié)構(gòu)是由螺線管再進(jìn)一步螺旋化成為直徑為0.4微米的筒狀體，也稱為超螺旋體；第四級結(jié)構(gòu)就是可以在光學(xué)顯微鏡下看到的染色體，它是由超螺旋體進(jìn)一步折疊盤繞成的。
以上關(guān)于基因組DNA的凝縮模型，是目前科學(xué)界關(guān)于DNA、染色質(zhì)和染色體組成的基本認(rèn)識。但是，由于缺乏一個系統(tǒng)性的、合適的研究手段和體系，目前針對30nm染色質(zhì)纖維這一超大分子復(fù)合體的組裝和調(diào)控機(jī)理展開的研究還十分有限，它的精細(xì)結(jié)構(gòu)組成也備受爭議。30多年來，30nm染色質(zhì)纖維高級結(jié)構(gòu)研究一直是現(xiàn)代分子生物學(xué)領(lǐng)域面臨的最大挑戰(zhàn)之一，這也正是我們所研究的科學(xué)問題。
果殼網(wǎng)：論文的審稿人說這一結(jié)構(gòu)是“迄今解析的最有挑戰(zhàn)性的結(jié)構(gòu)之一”，破解這個結(jié)構(gòu)為什么重要？
李國紅：一是了解這個結(jié)構(gòu)讓我們對基因組的折疊模式有了更進(jìn)一步的認(rèn)識。更重要的一點(diǎn)，則在于這為理解表觀遺傳調(diào)控提供了一個結(jié)構(gòu)上的基礎(chǔ)。30nm染色質(zhì)是以4個核小體為結(jié)構(gòu)單元扭曲形成的，這種結(jié)構(gòu)單元中的空隙剛好為表觀遺傳調(diào)控提供了一個窗口。
DNA甲基化怎么讓基因轉(zhuǎn)錄沉默、組蛋白的各種修飾怎么調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄，30nm染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)為解釋這些表觀遺傳的基本問題提供了可能。表觀遺傳事件遍及發(fā)育、分化、干細(xì)胞、腫瘤發(fā)生和衰老過程等重要的生命活動，后續(xù)我們要研究表觀遺傳調(diào)控的機(jī)理，就必須攻克這個結(jié)構(gòu)。
果殼網(wǎng)：在你們制作的介紹研究結(jié)果的視頻中，我們看到了一個非常有設(shè)計感的封面——哪吒鬧海，為什么會有這樣一個中國風(fēng)的設(shè)計？
朱平：這個設(shè)計大部分是李老師構(gòu)思的。圖片展示的是DNA的整個包裝過程。 這個包裝過程彎彎曲曲的，跟龍的形態(tài)有點(diǎn)像。這個工作又是在中國做的，正好跟龍有關(guān)系，于是就有了這個創(chuàng)意。
龍嘴前面這個龍珠表現(xiàn)的是細(xì)胞核里的染色體。哪吒和龍在中國文化中關(guān)系密切，我和李老師的小孩都特別喜歡哪吒，所以我們就在龍身上加了哪吒的模型，并把風(fēng)火輪、乾坤圈、混天綾等元素都放了進(jìn)去——腳踩的風(fēng)火輪是核小體，乾坤圈則模擬放大鏡，表現(xiàn)我們用電鏡看到了30nm染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)。我們覺得這個圖做得挺漂亮的，《科學(xué)》之前讓我們設(shè)計個封面作為候選，可惜提交給《科學(xué)》的時候已經(jīng)晚了。沒能成為當(dāng)期的封面，還挺遺憾的。
果殼網(wǎng)：30nm染色體的結(jié)構(gòu)已經(jīng)困擾了學(xué)界30多年，最初是什么吸引你們開始做這樣的課題的？
朱平：30nm染色質(zhì)的結(jié)構(gòu)本身是一個很重要的科學(xué)問題。李老師是表觀遺傳學(xué)背景的，他從碩士開始就一直在做相關(guān)的工作，而我一直在做冷凍電鏡這一塊。我倆的特長結(jié)合起來，可能是解決這個問題比較好的組合。那時生物物理所也正好把電鏡平臺建立起來，是目前世界上最好的電鏡平臺之一。所以，我們既有一個好的科學(xué)問題，所里又有這個技術(shù)，就為解決這個問題提供了一個好的時機(jī)。
果殼網(wǎng)：你們這項(xiàng)研究中，電鏡的成像分辨率是11埃（1埃=0.1納米），這是個什么水平？
朱平：其實(shí)這項(xiàng)研究中電鏡的分辨率談不上很高。我的實(shí)驗(yàn)室做病毒結(jié)構(gòu)時，電鏡分辨率可以達(dá)到3點(diǎn)幾埃。但要達(dá)到這種分辨率，對樣品本身有一定的要求。所以，光從數(shù)字來說11埃不是一個很高的分辨率。但在這個項(xiàng)目中分辨率能達(dá)到這個水平，也比我們想象中要好得多了。在目前的分辨率下，我們能看到很多細(xì)節(jié)，包括DNA的大溝、小溝，據(jù)此建立的模型是一個比較準(zhǔn)確的模型。當(dāng)然，分辨率肯定還有提高的余地，我們現(xiàn)在還在做。
果殼網(wǎng)：你們的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)30nm染色質(zhì)是以4個核小體為一個單元。之前學(xué)界以6個核小體為一個結(jié)構(gòu)單元的假說是否被推翻了？
李國紅：教科書上的那種結(jié)構(gòu)在細(xì)胞內(nèi)是否實(shí)際存在，我現(xiàn)在還不能下定論。但至少在我們的實(shí)驗(yàn)條件下，比如說DNA是177到187bp的長度，加入組蛋白H1等條件，做出來是這樣。我們需要弄清現(xiàn)在這個結(jié)構(gòu)是不是唯一的30nm染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，我和朱老師在這方面會進(jìn)一步合作，盡快回答這個問題。
果殼網(wǎng)：跨專業(yè)或者交叉學(xué)科的科研合作現(xiàn)在似乎成為科研工作的一個趨勢，你們二位的合作可以算是一個非常成功的例子，你們覺得這種合作中最重要的是什么？
朱平：我們兩個專長很不一樣，所以在合作過程中，很重要的一點(diǎn)是毫無保留——他做了一個新東西會告訴我，而我這邊看到一個什么新結(jié)構(gòu)也會馬上告訴他。來回反饋、互相交流非常重要。包括我們培養(yǎng)學(xué)生也一樣。李老師在美國還沒回來時就已經(jīng)在指導(dǎo)我的學(xué)生做樣品了，雖然現(xiàn)在樣品制備工作慢慢轉(zhuǎn)移到他的團(tuán)隊，但是如果我有學(xué)生想做這個，我就會把學(xué)生送到他那去。大家在這種愉快的環(huán)境下共事就很好。
李國紅：我們倆性格都比較溫和，不會咄咄逼人地去爭這個東西誰貢獻(xiàn)大。我們團(tuán)隊內(nèi)部都是以做事為主。我們希望通過多年的合作，達(dá)到世界頂尖水平，把這個問題徹底解決。
果殼網(wǎng)：回顧你們的科研生涯，你們覺得對你們影響最大的人是誰？
李國紅：對我影響最大的人不止一個，我先后幾位導(dǎo)師對我影響都非常大。我碩士畢業(yè)時，我的兩位導(dǎo)師，林克春老師和李剛老師借錢給我去德國留學(xué)，而他們自己都不是很富裕。我在德國和美國的導(dǎo)師則對我特別嚴(yán)厲，但他們本人比我現(xiàn)在還勤奮，正是這種嚴(yán)格的科學(xué)訓(xùn)練造就了現(xiàn)在的我。另一個對我影響最大的是我的愛人。我輾轉(zhuǎn)幾個國家、城市，她都放棄了自己的工作和讀博的機(jī)會追隨我。沒有她的支持，我很難走到現(xiàn)在這一步，我真的非常感謝她。
朱平：我是農(nóng)村出來的，我的父母一直秉持的理念是，無論我能讀到什么程度，他們都盡全力支持，所以我非常感謝我的父母。我愛人對我的影響也特別大。我要回國的時候，她在美國已經(jīng)有一份很好的工作。她放棄工作跟我回來，做了很大犧牲。在學(xué)術(shù)上，我也很感謝我的幾任導(dǎo)師。因?yàn)樗麄儗ξ业慕虒?dǎo)和耐心，所以我現(xiàn)在對學(xué)生也是這樣。
果殼網(wǎng)：你們都提到外國導(dǎo)師對自己的影響。目前，國外跟國內(nèi)在科研氛圍和科研資源方面有什么差異？
朱平：自從前幾年國家加大投入以后，現(xiàn)在國內(nèi)的科研機(jī)構(gòu)，至少是在我們生物物理所這樣比較好的研究所里，科研條件一點(diǎn)不比國外差，甚至還要好一些。學(xué)術(shù)氛圍上其實(shí)也不比國外差。至于目前和國外不同的，可能就是國外很多實(shí)驗(yàn)室以博士后為研究主力，而我們以研究生為主，要從頭開始培養(yǎng)。
果殼網(wǎng)：有些實(shí)驗(yàn)室似乎在把學(xué)生培養(yǎng)成技術(shù)員而不是研究者。作為導(dǎo)師，你們對這個問題怎么看？你們自己又如何培養(yǎng)學(xué)生？
朱平：我不說哪種方式好，流水線式的培養(yǎng)也好，其他方式也好，各有各的好處。流水線實(shí)驗(yàn)也是在培養(yǎng)合作，也很重要。在這我是給一個學(xué)生一個項(xiàng)目的，并不是流水線工作，不過一個項(xiàng)目也并不是一個人從頭到尾做。事實(shí)上，學(xué)生各有特長，同是學(xué)生物的，有的人計算能力強(qiáng)一點(diǎn)，有的人手巧一點(diǎn)。但無論如何，都還是需要學(xué)生踏踏實(shí)實(shí)做。
李國紅：至少在目前，中國的科研文化和研究生培養(yǎng)是一件還有改進(jìn)空間的事。我們的硬件條件并不比國外差，但問題在于我們的創(chuàng)新能力。跟國內(nèi)其他地方的人比，我們的學(xué)生的確很努力，但是和最頂尖的學(xué)生比，他們還有不足的地方：
一個是興趣。我發(fā)現(xiàn)中國有很多學(xué)生隨大流：大家都來讀書，我也來讀，興趣變成得從讀的過程中培養(yǎng)起來——如果跟對了老板，課題做得順利，他就有興趣；要是進(jìn)了自己不喜歡的實(shí)驗(yàn)室，他就沒興趣了。國外的學(xué)生則是找到有興趣才去該去的地方。這涉及到了研究生的輪轉(zhuǎn)（編者注：研究生在不同的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行學(xué)習(xí)和工作，最后選出自己想去的研究小組）問題。輪轉(zhuǎn)應(yīng)該是目前為止最好的一個體制，讓學(xué)生能夠接觸不同的實(shí)驗(yàn)室、不同的課題，再做出最正確的選擇。我覺得這是要提倡的，也是我們在研究生培養(yǎng)中需要改進(jìn)的部分。
第二個不足在博士后這個層次上。一些導(dǎo)師狠狠地用新來的學(xué)生，實(shí)際上有時候也是迫不得已。因?yàn)椴┦亢笕瞬藕苋狈?，國外競爭力比較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)室有很好的博士后資源。你要想和他競爭，你就得比他付出更多，我們現(xiàn)在似乎是在用學(xué)生去跟別人的博士后競爭，這也是一個問題。
在研究生培養(yǎng)方面，我不會要求我的學(xué)生在多長時間內(nèi)出成果。出成果固然重要，但對學(xué)生并不是最重要的，學(xué)生獨(dú)立科研的能力才是。所以我會給學(xué)生很多的機(jī)會。不過，國內(nèi)做科學(xué)有激情的學(xué)生非常少。國內(nèi)家長對孩子的興趣和職業(yè)選擇進(jìn)行了太多干涉，這點(diǎn)跟國外還是有些差距。
果殼網(wǎng)：對投身科研的對年輕人，你們有什么建議？
李國紅：相當(dāng)大一部分人小時候?qū)茖W(xué)肯定是感興趣的，但隨著年齡的增長，最后走下來的人很少。我覺得現(xiàn)在中國人的骨子里有太多功利的思想。現(xiàn)在大環(huán)境比較浮躁，年輕人不能靜下心來做事、尋找興趣。但做科學(xué)要把功利放在一邊，帶著功利做科學(xué)是做不好的?？蒲凶畲蟮臉啡ぴ谟谔接懽匀唤缥粗臇|西時的那種興奮感。
朱平：要招到對科學(xué)特別熱愛，能想又能提問又能自己解決問題的年輕人，很看運(yùn)氣?，F(xiàn)在的學(xué)生壓力大，著急畢業(yè)，其實(shí)我都能理解。但既然你已經(jīng)來這做研究，我需要你把自己的本職工作做好。哪怕你以后不做科學(xué)，但你發(fā)了文章，至少證明你有這種能力。不做好是永遠(yuǎn)沒有機(jī)會成功的。做任何工作，認(rèn)真都是很重要的事情。
果殼網(wǎng)：果殼網(wǎng)上有一些網(wǎng)友，一直很關(guān)注最新的科研成果，包括你們這次發(fā)表的成果。有什么想給他們說的嗎？
朱平：之后中國發(fā)表的重要學(xué)術(shù)成果會越來越多。以后我希望大家見多不怪，中國發(fā)了文章什么都很平常。
李國紅：對讀者也好，年輕人也好，要去做自己感興趣的事情。物質(zhì)生活固然也需要，但最重要的還是要勇于追求自己的愛好。按自己的興趣去做事，找到自己喜歡的事，把它做好，最后一定能成功。
在專訪中，李國紅曾表示“發(fā)文章是非常令人高興的事，但一篇文章出來了，我們的生活還要繼續(xù)，科研還要繼續(xù)。”他和朱平的研究團(tuán)隊仍在尋求新的突破。他們透露，目前他們正在努力制備一些新的染色質(zhì)樣品，用于研究表觀遺傳信息對30nm染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的調(diào)控功能。（編輯：球藻怪）
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