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2023年4月，朱玉賢院士在武漢大學高等研究院實驗室做實驗。王郭驥攝

  人物名片

  朱玉賢：1955年生，中國科學院院士?，F任武漢大學高等研究院院長、北京大學教授。主要從事陸地棉纖維發(fā)育早期的功能基因組、轉錄組及雷蒙德氏棉、亞洲棉功能基因組的研究，探索纖維突起、伸長的分子機制及調控規(guī)律。通過長期研究，他帶領團隊成功實現了“讓中國的棉花纖維進一步伸長了3毫米”，推動我國棉花研究達到世界領先水平。研究成果曾獲國家自然科學獎二等獎、教育部自然科學獎一等獎等。

  朱玉賢的辦公桌上最顯眼的裝飾，是一束被扎成鮮花模樣的棉花，白色的棉桃、咖色的枝條束在一起，別有一番雅趣……“這是學生送給我的生日禮物，我非常喜歡。”朱玉賢說。從上世紀90年代開始，他的科研生涯就與棉花緊緊連接在了一起。

  棉纖維是影響棉花品質的重要因素，目前我國普遍種植的棉花是陸地棉和少量海島棉。陸地棉纖維一般長度為25—30毫米，海島棉纖維一般長度在35毫米以上。“海島棉纖維更長，品質更高，但它對氣候要求高，產量較低，一株海島棉的棉纖維產量只有陸地棉的60%—70%，總體經濟效益低，因此農民大多種陸地棉。”朱玉賢說。高產棉花不優(yōu)質、優(yōu)質棉花不高產，從1998年起，朱玉賢承擔起“國家轉基因棉花重大專項”課題，通過10多年不懈探索，終于研究出“讓中國的棉花纖維進一步伸長了3毫米”的重要成果?，F在，他正帶領團隊進一步探索棉花基因組的奧秘，通過扎實的基礎研究夯實棉花良種選育的根基。

  　立志把棉花作為堅守一生的研究方向

  為何研究棉花？朱玉賢說：“因為我是農民的兒子。”朱玉賢出生于浙江富陽的一個農家。1978年參加高考，他以優(yōu)異的成績被浙江農業(yè)大學錄取，大學畢業(yè)后留校任教。上世紀80年代中期起，他出國留學深造，并于1991年回國，在北京大學生命科學學院任教。“我對故土有種割不斷的感情。”朱玉賢說，當時的生活條件雖不盡如人意，但他還是堅持留了下來，“國家正在快速發(fā)展，各方面都需要人才。”

  1996年，國家啟動“優(yōu)質棉工程”。朱玉賢在圖書館泡了兩周，查閱大量資料后，他推測棉纖維伸長可能與植物激素有關。“植物激素研究是我博士論文里面的關鍵內容，算是在這個領域有點基礎。”朱玉賢笑著說。于是，他申請了“國家轉基因棉花重大專項”課題資助。“我的一位老師曾告訴我，一生專注一件事，可能成功也可能失敗；但如果你朝三暮四，想做的事情太多，那你大概率什么都做不好。所以我一直在尋找一個足以讓我研究一輩子的物種。”朱玉賢說，棉花就是他尋覓已久的方向。“選擇研究方向，要把自己的能力和國家的重大需求結合起來。”

  首次發(fā)現植物激素乙烯生物合成途徑在棉花纖維細胞伸長過程中的主導作用，發(fā)現超長鏈脂肪酸在轉錄水平上調控乙烯生物合成，讓中國的棉花纖維進一步伸長了3毫米，使我國棉花研究達到世界領先水平……這些年來，朱玉賢帶領團隊取得了一系列具有重要國際影響的成果。例如，2006年，他將研究成果發(fā)表在植物學界刊物上，10多年來，被引用超過500次。

  每項科研成果的誕生，都離不開無數次實驗

  “一輩子做科研，可能會發(fā)很多文章，但真正讓自己引以為豪的，可能只有一兩件。”朱玉賢說。棉花纖維伸長機制研究以及找到棉花四倍體A亞基因組的“祖先”便是他十分自豪的兩項成果。他也因此獲得了國家自然科學獎二等獎等獎項。

  這背后，是朱玉賢一步一個腳印的奮斗軌跡。從1996年到2006年，朱玉賢發(fā)現了棉花纖維伸長的秘密：植物激素乙烯在棉花纖維細胞突起階段起到關鍵作用，并且通過技術手段可以調控植物激素乙烯。隨后從2012年到2020年，朱玉賢又解決了一個困擾學術界多年的基礎性問題——棉花四倍體A亞基因組的“祖先”究竟是誰。

  在研究棉纖維伸長機制過程中，朱玉賢關注到了一個有趣的學術爭議——陸地棉和海島棉都是四倍體，即細胞中含有分別來自A和D亞基因組的兩個染色體對，共同組成異源四倍體AD基因組。其中D亞基因組的供體（即“祖先”）是D5，學界已有公論；但與棉纖維長度關系更為密切的A亞基因組的“祖先”是誰，學界存在很大爭議。朱玉賢通過比較基因組學研究證實——陸地棉A亞基因組來自一種已經滅絕的A0。找到了“祖先”，弄清了控制棉纖維伸長和性狀的形成機制，為人類“按需定制”棉花優(yōu)良品種奠定基礎。

  每項科研成果的誕生都離不開無數次實驗、無數次失敗、無數次新思路“靈光一現”。“一篇論文里一般都有五六幅插圖，每幅插圖由七八個不同的實驗組成，共同說明一個問題。這七八個不同的實驗基本上每一個還會經歷反復失敗，有的甚至是做了幾個月才發(fā)現思路不對，需要重新設計實驗再起步，經常耗費相當長的時間。”朱玉賢說。

  “很多研究內容可能沒有立竿見影的效果，但從長遠來看，基礎研究對增強學術競爭力、服務經濟社會發(fā)展有著重要意義。”朱玉賢說。

  　做科研，要善于提出問題，多問幾個為什么

  “最初申報國家轉基因棉花重大專項時，我設想可以解決棉纖維發(fā)育的三大問題：第一，如何讓陸地棉纖維進一步伸長；第二，由于棉纖維細胞壁過度加厚會導致纖維質量變差，要研究如何讓細胞壁停止加厚；第三，如何讓海島棉和陸地棉長一樣多的棉纖維。我的終極夢想是研發(fā)出優(yōu)質的陸地棉和高產的海島棉。”朱玉賢說，“由于當時的研究水平有限，到項目結題時，我們只解決了第一個問題；而現在，過去認為很難完成的任務，已經有了突破的希望……”

  纖維素是構成細胞壁的基礎物質，朱玉賢的最新研究正是圍繞纖維素展開。“成熟的棉纖維里95%以上是纖維素，是研究纖維素合成的最好材料。高等植物細胞壁中的纖維素是由定位在細胞膜上的纖維素合酶合成的。打個比方，纖維素合酶是個小組，我們要發(fā)現哪些組員是決定纖維性狀的關鍵，他們各自有什么分工、發(fā)揮什么作用；去掉某個組員或者加強哪個組分，能不能生產出我們需要的性狀。”

  “做科研，要善于提出問題，多問幾個為什么。”從提出問題，到研究實施，朱玉賢帶領團隊做了大量實驗，把纖維素合酶中的關鍵功能基因逐個去掉，觀察棉纖維細胞發(fā)生的變化，從而確定該基因在整個纖維素合成途徑中發(fā)揮的作用。

  “單一的實驗可能看不出價值所在，但如果一直研究下去，我們就可能會發(fā)現，到底哪些基因決定了纖維的長度、強度和柔韌性，它們是如何協同發(fā)揮作用的。到那時，如果把決定陸地棉高產（纖維數量多）的基因導入海島棉，或者把決定海島棉纖維長度的基因導入陸地棉，優(yōu)質的陸地棉和高產的海島棉就不再是夢想……”朱玉賢充滿期望地說。