因為一次偶然的發現，曾德圣開始了長達6年的科研“長跑”。近日，付出終于有了回報。在導師劉宏濤教授的帶領下，在深圳大學從事博士后研究工作的曾德圣，以第一作者的身份在《細胞》發表研究。
從2017年進入中國科學院大學碩博連讀到在深圳大學深造，這是曾德圣7年研究生涯里發表的第一篇文章。該研究揭示了植物中藍光受體隱花色素CRY2在黑暗條件下可以與互作蛋白結合，抑制植物根的生長。這一發現挑戰了傳統觀念，提供了對植物光受體功能的全新見解。
挑戰傳統觀念
2018年11月21日，一個尋常的午后，曾德圣像往常一樣在實驗室開展實驗，一個奇怪的現象引起了他的注意。他發現，植物感知藍光信號的“眼睛”——藍光受體隱花色素CRY蛋白在黑暗中并不像以往研究提到的“不具備功能”，其功能缺失突變體與對照組存在不同。
科學家于1993年首次發現擬南芥藍光受體CRY蛋白。此后，科學家大多聚焦于CRY蛋白藍光響應后的活動，并找到了多個藍光受體如CRY1蛋白、CRY2蛋白和CRY3蛋白等，它們具有不同的功能和特性。其中，CRY2蛋白在藍光下可以促進植物開花。
“過去，大家都認為，CRY2可以在藍光下調控植物開花，在黑暗中則沒有這一功能。然而，我發現并非如此。”曾德圣說，在敲除了CRY2蛋白的突變體植物中，盡管突變體植物的下胚軸長度與野生型沒有差異，但在其他方面卻存在差異。
“那是我在中國科學院大學碩博連讀的第二年，還是一個‘科研小白’。最開始發現這一差異時，第一反應是自我懷疑，我想是不是實驗設計或實驗操作出了差錯。”曾德圣回憶道。但在多次重復實驗后，這一現象依然存在。
“這個現象如果能得到解釋，絕對是領域內的重大突破。”聽完曾德圣的匯報后，時任中國科學院分子植物科學卓越創新中心研究員劉宏濤難掩興奮。
正是這一偶然的發現，讓曾德圣開啟了一場長達6年的科研“長跑”。
在重復實驗中找到關鍵證據
研究初期，曾德圣面臨諸多挑戰。
“這項研究從確定大體研究框架到發表，花費了5年時間。其中，實驗階段最困難的是尋找CRY2在黑暗中的互作蛋白。”曾德圣說，研究初期，由于對該領域的理解不夠深刻，將近一年的時間他都處于迷茫中。
直到碩博連讀的第三年，隨著知識的積累，曾德圣對實驗操作越來越熟練，才利用課題組建立的酵母雙雜交篩選互作蛋白的實驗體系，成功篩選出目標蛋白FL1和FL3。這兩個蛋白在黑暗中能和CRY2相互作用，在藍光下則不能。
“公開研究顯示，這兩個蛋白的同源蛋白FKD1與葉脈調控功能有關。由于起初我認為CRY2與葉脈調控功能沒有關系，所以當時我并不認為這兩個蛋白會參與‘CRY2在黑暗中的功能’。”曾德圣告訴《中國科學報》，但在進一步的蛋白相互作用驗證實驗中，他發現嘗試過的所有候選蛋白中，僅有FL1和FL3同CRY2的相互作用會被藍光抑制。
“這說明，做實驗不能被主觀判斷絆住腳，得勇敢嘗試其他可能性。要是當時依靠主觀判斷忽略掉FL1和FL3，這個課題很可能仍無法確定前進的方向。”曾德圣總結道。
光形態建成和暗形態建成是植物生長發育過程中兩種重要形態變化，它們分別對應植物在光照和黑暗環境下的不同生長狀態。
“CRY2在黑暗中能同FL蛋白相互作用，抑制其功能活性從而抑制植物的主根伸長，這是暗形態建成中植物根較短的原因。而藍光下由于CRY2切換為光激發態，不再和FL蛋白相互作用，抑制解除，功能被釋放的FL蛋白此時可以促進根伸長，這便是光形態建成中植物根較長的原因。”曾德圣解釋。
尋找“偏差值”以外的正確答案
“比起聽到論文發表的消息，更讓我興奮的是得到第一輪審稿人意見。”曾德圣說，“從6月中旬投稿到文章上線，總共只花了5個月的時間。”
在第一輪審稿環節，審稿人便對研究給予了高度評價。他們認為，CRY黑暗中的功能發現在光信號領域具有里程碑式的意義，也讓人們重新思考受體的功能模型，起到了引領性作用。
在曾德圣看來，這項科學研究最關鍵的“驅動力”是有再次向難題發起挑戰的勇氣。“如果將我們為探索真理所做的實驗看作統計學正態分布的各個樣本，那么失敗的實驗就是與真理存在過大偏差的樣本。但我認為，即使偏差巨大，只要通過不斷嘗試，增加樣本量，理論上還是有機會逐步找到正確道路的。”
“我一直提醒學生不能有慣性思維，認為過去大家都是這么想的，我也該這么想，這樣可能不會有創新發現。”論文通訊作者劉宏濤說。
除了在人工氣候室設置黑暗條件外，大自然中，埋藏在土壤深處的植物根部、生物不透光的組織細胞、地球生命經歷的黑夜等都可以作為“黑暗資源”。這項研究通過揭示CRY2在黑暗中的功能，為以后利用“黑暗資源”調控農作物生長發育提供了理論指導。
“從應用層面講，植物要高產，不僅要有強光合作用，還要‘營養高效’，植物在地下吸收營養、吸收水分的能力更強。利用這一成果，通過調控改造植物的根系，我們可以讓植物更好地吸收營養。”劉宏濤表示。
相關論文信息：
https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.10.031