人物名片
楊青，農藥毒理學專家，國家杰出青年科學基金獲得者?，F(xiàn)為中國農業(yè)科學院深圳農業(yè)基因組研究所、中國農業(yè)科學院植物保護研究所博士生導師，中國農業(yè)科學院“綠色農藥分子靶標設計”創(chuàng)新團隊首席科學家。
楊青長期從事綠色農藥分子靶標研究，針對病原菌、有害昆蟲等均以幾丁質作為結構成分的特點，運用結構生物學和化學生物學等方法系統(tǒng)研究這些生物的幾丁質合成、降解以及組裝的關鍵蛋白質因子，開發(fā)新的、人畜安全的農藥分子靶標以及農化產品。先后主持國家杰出青年基金、國家自然科學基金重點項目和國家重點研發(fā)計劃項目課題等，發(fā)表SCI論文100余篇。
行走在夏日的樹林里，你是否也曾看到掛在樹上的知了殼？知了殼是蟬蛻變過程中脫掉的外殼，學名叫“蟬蛻”，而構成蟬蛻的重要成分就是幾丁質（俗稱甲殼素）。蟬是如何蛻皮的？蟬蛻是如何形成的？這些問題會經?？M繞在九三學社社員、農藥毒理學專家楊青的腦海，既是激發(fā)她持續(xù)探索的興趣來源，也是幫助她破解難題的靈感來源。在楊青看來，“探索未知、從事農業(yè)科研，是一件有趣又很酷的事情?！?/span>
2022年9月份，《自然》雜志以長文形式，發(fā)表了楊青團隊及其合作者的一項具有深遠意義的研究成果。這項歷時15年完成的研究成果，是近年來全球農藥領域重要的基礎研究進展之一，破譯了幾丁質生物合成機制，為靶向幾丁質合成的綠色農藥開發(fā)提供了關鍵信息，或將催生一批新型綠色農藥的研發(fā)，助力害蟲防治和生物安全?！翱蒲械倪^程就像登山一樣，為抵達山頂所做的每一次挑戰(zhàn)、努力和進步，都令我難忘和快樂。”楊青說。
1 十五年磨一劍
瞄準關鍵“靶標”
從三葉蟲到蝴蝶，從?？轿伵＃瑥慕湍傅侥钪榫瓗锥≠|出現(xiàn)在自然界的時間，要以億年為單位來計算，廣泛存在于昆蟲、真菌、節(jié)肢動物和軟體動物等生物中，這些生物包括害蟲、病原真菌和卵菌等，卻不存在于植物和哺乳動物中。若能成功找到決定幾丁質合成的關鍵“竅門”，就可能研發(fā)出破壞害蟲等病原體生長發(fā)育的有效綠色農藥。
本次楊青團隊及其合作者在《自然》雜志上發(fā)表的研究成果，研究對象正是一種在20世紀70年代已經被發(fā)現(xiàn)，但很長時間始終未被解密的綠色農藥分子靶標——幾丁質合成酶。
“靶標是一個很形象的說法，如果說農藥是箭，農藥的作用對象就是靶標。”楊青進一步解釋說，所有的農藥必須和病蟲害體內的生物大分子結合以后才能實現(xiàn)藥效，該生物大分子就是農藥分子靶標，生物大分子可以是在病蟲害生長發(fā)育過程中不可或缺的蛋白質、酶、多肽和核酸等。
“目前全球廣泛使用的殺蟲劑中80%的品種只針對5個分子靶標，廣泛使用的殺菌劑中60%的品種只針對3個分子靶標?！睏钋嘟榻B，對于綠色農藥分子靶標的開發(fā)和利用已經成為國家的重大需求，一個新的靶標不僅可以催生出幾十甚至上百種農藥品種，也能極大緩解已有農藥品種的抗藥性問題。
記者了解到，在過去的50年中，盡管全球各國投入了大量的人力、物力和熱情，試圖研發(fā)出更多種類和更加高效的靶向幾丁質合成酶的綠色農藥，但始終進展緩慢，其中一個重要原因是缺乏準確的幾丁質合成酶的三維結構信息，幾丁質合成酶的結構-功能關系不明確。在中國，對幾丁質的研究也一直在進行。大約15年前，楊青和她的團隊就開始進行幾丁質生物學的研究，想要從中找到幾丁質合成的機理。
在研究中，楊青帶領團隊選取了大豆疫霉菌的幾丁質合成酶（PsChs1），以這種名為PsChs1的幾丁質合成酶為對象，通過前沿生物學技術包括冷凍電鏡、掃描電鏡、X射線衍射等，解析了“反應前”“底物結合”“產物結合”“產物釋放”4個不同催化反應狀態(tài)下PsChs1的三維結構，揭示了幾丁質合成酶實現(xiàn)幾丁質生物合成的“反應的起始”“反應的延伸”“反應的結束”三個重要過程，這是第一次從原子水平上向人們展示了一個有方向性的、多步驟偶聯(lián)的幾丁質生物合成過程?！熬拖褚慌_機器，你把面粉投進去，它是怎么生產出面條的，我們把這個過程搞清楚了?！睏钋噙@樣比喻。
2 思考是常態(tài)
因挑戰(zhàn)而快樂
在弄清楚幾丁質合成過程后，楊青團隊還進一步探明了幾丁質合成酶與活性小分子尼克霉素結合的模式，解釋了尼克霉素抑制幾丁質生物合成的機制。
“在了解幾丁質合成機制后，我們就更容易了解到，一些可以抑制幾丁質合成的活性小分子，究竟是在哪個環(huán)節(jié)、通過怎樣的機制起作用的?！睏钋嗾f。
可以抑制幾丁質合成的生物農藥究竟有何前景？以該研究所選取的大豆疫霉菌為例，這是全球大豆生產中普遍的病害來源之一，是引起大豆根莖腐爛的主要病原體，每年造成超過10億美元的經濟損失。
“如果我們研發(fā)出相關的活性小分子農藥，可以更有效地抑制類似大豆疫霉菌這樣的病原體中幾丁質的合成，這將有助于保障大豆、馬鈴薯等重要農作物品種的安全生產?！睏钋嗾f。
楊青團隊的這一原創(chuàng)性研究為靶向幾丁質合成的綠色農藥開發(fā)提供了基礎性、關鍵性信息，使得以幾丁質合成酶為分子靶標精準開發(fā)新型綠色農藥成為科學可行的方案，具有重要的理論和應用價值。在談到自己從事這項研究過程中最開心的時刻時，楊青坦言：“克服一個個困難和挑戰(zhàn)的高興和興奮，遠比最后科研論文被接收的那一刻要更令人難忘?！?/span>
事實上，15年的研究歷程中，絕大部分時間都被用在反復地實驗、思考、修正實驗中，在解決了一個個難題之后，科研成果才能逐步呈現(xiàn)出來。
“做實驗可能只能得到一些分散的數據，不會給你一個完整的‘故事’?！睏钋啾硎?，科研中最大的挑戰(zhàn)是要思考這些分散的數據背后蘊含著怎樣的“故事”，而這一“故事”指的就是科研工作者所追求的、邏輯嚴密的科學原理。
楊青舉例說，比如，通過實驗，得到了一個關于幾丁質合成酶的原子水平的三維立體結構，這一結構并不能充分說明一個科學規(guī)律，只有通過進一步的觀察和思考，將不同的實驗數據串聯(lián)起來，排列出“有序的出場順序”，數據才能形成“故事”。
“我就像導演一樣，將類似‘分鏡頭’的數據組織起來，最終形成一個完整的‘故事’?！睏钋啾硎荆驗槊恳淮螌嶒灚@得的數據不一定和剛開始的設想完全一樣，所以為了講述這一“故事”，就要不斷地調整、修正和設計其他實驗來推進科研進程，這個一步步推進的過程，是最具有挑戰(zhàn)性的。
3 失敗不可怕
巧解“自然之謎”
成績的獲得往往只是一瞬間，付出的過程卻漫長又艱難，楊青將這一過程中的每一次挑戰(zhàn)都當作進步的機會。她說：“我最大的快樂可能恰恰來源于焦慮?！?/span>
突破點在什么地方？如何設計實驗，才能少走彎路？實驗數據有什么含義？科研不單單需要動手做實驗，對楊青來說，思考是一種常態(tài)，“往往下班后仍要時刻保持思考的狀態(tài)”。楊青經常跟學生們說：“生物就像演員一樣，它在‘演戲’，你要‘破案’，生物一直在用各種姿態(tài)、行動來告訴你線索，你要去思考和挖掘線索背后生物想要表達的是什么?！?/span>
回顧自己15年來研究幾丁質合成酶的過程，楊青坦言：“并不很順利”。楊青曾嘗試以昆蟲、酵母中的幾丁質合成酶為研究對象，經過多年研究，最終都失敗了，但是，“對于幾丁質合成酶的探究，就像是心中始終放不下的‘心病’”，楊青從來都沒有放棄。
每當遇到困難時，楊青總會想起自己最初探究幾丁質的興趣來源——對蟬蛻的好奇。蟬蛻變的時候，舊表皮是如何蛻去的，新表皮是如何形成的？楊青告訴記者，舊表皮的降解過程，需要幾丁質降解酶的參與，而新表皮的合成過程，需要幾丁質合成酶發(fā)揮作用，通過多年研究，楊青團隊在幾丁質降解酶方面已經有一些突破，但是幾丁質合成酶的科研進展較為艱難。“一想到蟬蛻，就令我心中很快燃起進一步科研探究的興致，失敗的挫折感仿佛一下子消失了。”楊青笑稱，這大概就是大自然帶給科研的靈感。
楊青帶領團隊聚焦問題想辦法，采用生物化學、分子生物學等技術手段進行實驗，突破了蛋白質制樣、解析結構等一個個難題。盡管有的突破需要花幾個星期、幾個月的時間去摸索，有的則需要花上幾年的時間，然而，楊青總是保有一顆平常心，以一種理性又積極的態(tài)度看待科研過程中的“成敗得失”。“失敗并不會讓我放棄，而是進一步促進我思考，激勵我找到更好的解決辦法。”楊青說。
行走在科研的路上，楊青也曾為沒有思路而自我加壓，也曾會為想一個問題整晚整晚睡不著覺，也曾會半夜兩三點突然想明白某個問題而立馬去記錄。對于一個看似“不好的”數據，可能換個角度想，就變成了符合規(guī)律的“好”數據；對于一個暫時走不通的“死胡同”，可能轉個彎，又“柳暗花明”了……楊青認為，科研免不了要“試錯”，最終必將走上“正途”。
4 感恩“九三情”
傳遞科學薪火
長期以來，聚焦幾丁質生物學研究，楊青團隊在幾丁質合成、降解和修飾等方面均具有豐厚的積累，致力于開發(fā)新的、人畜安全的農藥分子靶標以及農化產品。
關注最新科研進展、和學生討論課題、與同行進行學術交流、撰寫科研論文……作為科研帶頭人，楊青不僅是親力親為的科研實踐者，更是引導科研方向的組織者。為了給團隊成員創(chuàng)造良好的科研環(huán)境，楊青會盡全力營造團結協(xié)作的科研氛圍，提供前沿的課題想法、領先的科研技術，并進行悉心的指導和培養(yǎng)?！拔蚁Ｍ业膶W生像陽澄湖螃蟹一樣，不管螃蟹苗從哪兒來，但在我們這個陽澄湖泡過之后，未來能夠變得不一樣?！睏钋嘈Φ?。
楊青培養(yǎng)學生不局限于天賦的篩選，也不局限于項目本身，而是在更宏觀的層面上去進行引導?！翱蒲胁皇且怀幌Φ氖虑?，而是要把全部的精力和熱情投入進去的，這并不意味著我們不需要休息，而是要求我們以最高的效率投入工作?！睏钋嗾f。
2014年，楊青被評為國家杰出青年科學基金獲得者，也在這一年，楊青與九三學社結緣。談到加入九三學社的初心，楊青飽含深情地說：“作為九三學社社員，我感受到了強烈的歸屬感。”
2016年，加入九三學社不久的楊青就參加了九三學社中央實施的“九三學社杰出人才培養(yǎng)計劃”，先后接受了中國科學院院士武維華、中國工程院院士叢斌的專業(yè)指導和幫助。
“在計劃實施過程中，我有幸能夠得到武院士和叢院士的指導和支持，他們一有機會就會參與我們團隊科研項目的討論，為我們的科研提供建設性的思路和建議，幫助學生在項目中發(fā)揮更大潛力。”楊青說，“我認為這一計劃十分成功，我和學生們都從這一計劃中獲益匪淺?！?/span>
此外，楊青還經常參與九三學社社內組織的線上線下活動，與其他九三學社社員互動交流，相互學習、共同進步。“九三學社是一個大家庭，我很幸運是其中一員?！睏钋嗾f。
5 一直在路上
追逐“綠色”夢想
農藥可以有效防控農作物病蟲害，在農業(yè)生產中發(fā)揮著至關重要的作用，但農藥毒性和病蟲害產生的抗藥性使農藥使用面臨嚴峻挑戰(zhàn)。加速研發(fā)安全、新作用機制的農藥是有效解決途徑，而提升農藥研發(fā)水平的核心就在于有關農藥分子靶標等基礎理論原始創(chuàng)新的突破。
在楊青看來，農藥不應該成為一種武器，它是一種調控手段，“運用綠色農藥，可以在不積累毒性、不殺死鳥類、不破壞水源的同時，保證農業(yè)生產的產量，實現(xiàn)糧食安全和生態(tài)保護的雙贏”。
基于楊青團隊關于幾丁質合成酶這一原始創(chuàng)新研究，在可以預見的未來，一系列針對該分子靶標的綠色農藥有望被進一步探索和創(chuàng)制。“目前的研究只是一個階段性的成果，還有很多未知的科學問題，我們還在繼續(xù)探索中?！闭f起綠色農藥的創(chuàng)新，楊青的眼里閃著光。在她看來，農業(yè)相關領域的研究是“豐富而有趣”的，激發(fā)著她和科研團隊“永遠在路上”。
回顧自己關于幾丁質合成酶的漫長研究歷程，楊青感慨地說：“藥物設計不能寄希望于去做一個‘短、平、快’的東西，在基礎研究領域，15年并不是一個罕見的時間尺度——25年、35年……甚至是50年，都是有可能的。”
農業(yè)基礎研究成果最終要服務于農作物保護和增產，服務于農民，服務于國家糧食安全大戰(zhàn)略。中國是一個農藥產能大國，但不是原創(chuàng)性大國。如何讓農藥更綠色、更安全？這是一個“卡脖子”的技術?！翱梢哉f在農藥更綠色、更安全的基礎研究上，我們已跨出了一大步，”楊青表示，雖然還有很長的路要走，但在綠色農藥研發(fā)的這片創(chuàng)新“藍?！?，大有可為。
2022年10月，楊青團隊已著手成果轉化應用上的布局。2023年的春耕時節(jié)，在東北、新疆、安徽等地，楊青團隊研發(fā)的創(chuàng)新綠色農藥，開始了小范圍的田間實驗。楊青說：“我們需要廣泛地篩選所設計的小分子，確保它是安全高效的?！?/span>
楊青深知，從基礎研究到產業(yè)化，同樣存在很多偶然性。面對未來，她保持著一貫的積極與理性：“我希望有一天能制造出真正應用于農業(yè)生產、造福于人類的綠色農藥，我將不斷為此努力?！保▉碓矗簣F結報 本報記者 趙 亮 通訊員 孔瑤竹）
