鈕世輝團(tuán)隊(duì) 受訪者供圖

《細(xì)胞》雜志發(fā)表論文的插圖，展示了中國(guó)松基因組擴(kuò)張的“單程票”和特異的演化風(fēng)景。受訪者供圖

　　鈕世輝在實(shí)驗(yàn)室，對(duì)中國(guó)松幼苗進(jìn)行根的遺傳轉(zhuǎn)化。受訪者供圖

　　中國(guó)松染色體 受訪者供圖

課題進(jìn)展過(guò)半，鈕世輝幾乎到了山窮水盡的地步——購(gòu)買實(shí)驗(yàn)試劑的錢都快擠不出來(lái)了。租用的超級(jí)計(jì)算機(jī)公司來(lái)催尾款，他只能打哈哈：“我們這么大的項(xiàng)目，怎么可能欠你錢呢？”

那是在2021年11月，鈕世輝時(shí)任北京林業(yè)大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授，主要從事針葉樹(shù)遺傳育種方面的研究。這名85后學(xué)者和團(tuán)隊(duì)當(dāng)時(shí)正在進(jìn)行一個(gè)很多人眼中有些“瘋狂”的計(jì)劃——給我國(guó)重要的鄉(xiāng)土針葉樹(shù)種“中國(guó)松”繪制完整的基因圖譜。

為了攻克這一難題，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)囊括了美國(guó)、瑞典在內(nèi)6個(gè)國(guó)家11家單位的36名研究人員。

從科學(xué)層面而言，這并不是項(xiàng)容易的工作，已知的100種松樹(shù)基因組大小的平均數(shù)與中位數(shù)均超過(guò)了25Gb（十億堿基）。中國(guó)松基因組是人類基因組大小的9倍，是楊樹(shù)和桉樹(shù)的60倍。如果將中國(guó)松的基因組比作一本“天書(shū)”，鈕世輝團(tuán)隊(duì)要做的是讀取其中的每一個(gè)段落，再根據(jù)上下文重疊，要從2.6萬(wàn)億個(gè)字母中挑出254億個(gè)，推斷正確的連接方式，拼成完整的一本書(shū)。然而這本書(shū)其中許多段落看起來(lái)幾乎完全一樣，文中還沒(méi)有任何空格與標(biāo)點(diǎn)符號(hào)。

這個(gè)項(xiàng)目的啟動(dòng)也是迫不得已。針葉樹(shù)占據(jù)全球森林面積的39%，世界木材產(chǎn)量的45%來(lái)自針葉樹(shù)。在我國(guó)，木材近年來(lái)對(duì)外依存度超過(guò)50%，而進(jìn)口木材中超過(guò)70%屬于針葉材。

“往北極走，你見(jiàn)到最后的高大喬木是針葉樹(shù)。爬雪山，在雪線以下最后的高大喬木也是針葉樹(shù)?！边@些環(huán)境惡劣的地方，往往只有針葉樹(shù)能去填補(bǔ)生態(tài)位，從而改善那里的土壤、水分、小氣候，其他的被子植物才能隨之扎根，因此它被譽(yù)為“先鋒樹(shù)種”。

然而，如此重要的樹(shù)種，重要科研成果產(chǎn)出卻出人意料得少，比如，僅以楊樹(shù)為材料的國(guó)際期刊高水平論文產(chǎn)出就達(dá)到了針葉樹(shù)的近20倍。對(duì)于大部分物種來(lái)說(shuō)，基因組測(cè)序已經(jīng)不再存在技術(shù)障礙，有數(shù)百種植物公布了全基因組圖譜，“但一旦涉及針葉樹(shù)，游戲規(guī)則就不一樣了”。

相關(guān)研究受制于遺傳信息資源匱乏，被難以完成的全基因組測(cè)序“卡了脖子”。在此之前，已有來(lái)自瑞典、美國(guó)、加拿大、俄羅斯等國(guó)家的13個(gè)團(tuán)隊(duì)，自2013年起不斷嘗試進(jìn)行挪威云杉、白云杉、火炬松等國(guó)際重要針葉樹(shù)種基因組的組裝和注釋，有的項(xiàng)目花費(fèi)了數(shù)百萬(wàn)美元，但經(jīng)過(guò)驗(yàn)證，其基因測(cè)序結(jié)果的連續(xù)性均不太理想。

這次，鈕世輝試圖成為領(lǐng)域內(nèi)的“先鋒”。

一個(gè)領(lǐng)域的寒冬

和鈕世輝預(yù)想的一樣，2019年，當(dāng)他四處遞交中國(guó)松基因組的項(xiàng)目申請(qǐng)時(shí)，毫無(wú)懸念地被各種科研管理部門“斃掉”了。

“我理解，一個(gè)比楊樹(shù)難60倍的項(xiàng)目，全球十幾個(gè)團(tuán)隊(duì)花了上億元仍未解決，我說(shuō)現(xiàn)在時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟，憑什么相信我一個(gè)小年輕?。俊扁o世輝回想。

2010年進(jìn)入北京林業(yè)大學(xué)林木遺傳育種專業(yè)讀博時(shí)，他的研究方向還是“熱乎的”楊樹(shù)轉(zhuǎn)基因育種，臨近畢業(yè)，有教授鼓勵(lì)他轉(zhuǎn)去研究針葉樹(shù)。

“當(dāng)時(shí)聽(tīng)了覺(jué)得針葉樹(shù)真的太重要了，需要有人做?！扁o世輝喜歡搞研究。

可這一選擇險(xiǎn)些斷送了鈕世輝的科研生涯。2018年6月，鈕世輝留校任教的第一個(gè)聘期到期，面臨考核，但他已有將近5年沒(méi)有新的重要成果產(chǎn)出，發(fā)表的寥寥3篇SCI論文都是依靠他在博士期間的研究積累。

對(duì)于他的考核評(píng)價(jià)，考核組專門開(kāi)會(huì)討論。有領(lǐng)導(dǎo)說(shuō)：“小鈕不能不合格，他不合格就成笑話了，大家有目共睹，他對(duì)科研充滿熱情，而且這么努力，（是）整天不放假的人?！?/p>

他的努力是公認(rèn)的。在華南農(nóng)業(yè)大學(xué)讀碩士時(shí)，他的研究對(duì)象是我國(guó)南方的一種油料作物麻風(fēng)樹(shù)。他幾乎跑遍了南方的幾個(gè)省份，曬得黢黑，在海南的繁育基地進(jìn)行種源試驗(yàn)，從中篩選出最好的種源，大幅度提升了麻風(fēng)樹(shù)的產(chǎn)量。

到了博士階段，轉(zhuǎn)換到林木遺傳育種方向需要從頭學(xué)習(xí)分子生物學(xué)，他抱起相關(guān)書(shū)籍，每天早上8點(diǎn)半到實(shí)驗(yàn)室，晚上11點(diǎn)才離開(kāi)，周六周日也是如此。用他的話說(shuō)，讀博的4年里，“去旁邊五道口不超過(guò)10次”。

這種工作狀態(tài)幾乎保持到現(xiàn)在。同事眼中，他是“天生的科研工作者”。在他帶的第一個(gè)研究生馬晶晶印象里，鈕世輝幾乎全年都在辦公室和實(shí)驗(yàn)室做科研，過(guò)年也很少回家。假期里，學(xué)生們養(yǎng)的樹(shù)苗等實(shí)驗(yàn)材料，都靠他澆水照顧。

“大自然有個(gè)秘密，只等有人去發(fā)現(xiàn)它。而我最先發(fā)現(xiàn)了它，如果我不告訴你，全世界再也沒(méi)有人知道這個(gè)秘密，這是很強(qiáng)的滿足感。”鈕世輝這樣描述科研工作吸引他的地方。

參加工作的頭幾年，他眼睜睜看著大學(xué)里從事針葉樹(shù)研究的同行越來(lái)越少，而其他樹(shù)種研究工作做得如火如荼。

鈕世輝堅(jiān)信，“大雪壓青松，青松挺且直”，堅(jiān)持是有價(jià)值的，“得有人在這。如果沒(méi)有針葉樹(shù)，這里一直裸露，大風(fēng)一刮把土都刮走了，環(huán)境是不會(huì)被改造好的?！鄙鷳B(tài)系統(tǒng)中需要先鋒樹(shù)種，冷門領(lǐng)域也需要先鋒研究者。

一個(gè)不被看好的項(xiàng)目

很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，幾乎沒(méi)人看好這個(gè)項(xiàng)目，包括最重要的合作者之一，瑞典農(nóng)業(yè)大學(xué)森林遺傳學(xué)首席教授吳夏明。

作為針葉樹(shù)種研究領(lǐng)域的國(guó)際知名專家，吳夏明曾長(zhǎng)期對(duì)挪威云杉、歐洲赤松等樹(shù)種開(kāi)展遺傳育種研究，發(fā)表了近百篇論文，被引用次數(shù)高達(dá)1000多次。

2017年年底，吳夏明受聘北京林業(yè)大學(xué)高精尖創(chuàng)新中心研究組PI（主要研究者），希望能為國(guó)內(nèi)針葉樹(shù)遺傳改良盡些力。最初中國(guó)松基因組測(cè)序的想法并不被他看好。

相比中國(guó)松，他更希望完成杉木的測(cè)序與群體重測(cè)序，那是中國(guó)最重要的本土針葉樹(shù)樹(shù)種之一，也是中國(guó)最大的人工林樹(shù)種。更重要的是，它的基因組大小不到中國(guó)松的一半，意味著成功的幾率更大。

針葉林的研究天生就帶“刺”。針葉樹(shù)是“反模式物種”，不僅個(gè)體大小是模式植物擬南芥的十倍至近百倍，生命周期也是它的幾百倍。

擬南芥、楊樹(shù)、水稻、玉米等被子植物，已經(jīng)具備成熟的研究體系，而且相互之間可以相互借鑒。但針葉樹(shù)與被子植物在兩億年前就已經(jīng)分化，差異太大了，針葉樹(shù)既沒(méi)有自己的研究體系，也很難借鑒被子植物的研究進(jìn)展。

“聰明人不干這事兒?！扁o世輝曾經(jīng)測(cè)算過(guò)，如果對(duì)8個(gè)中國(guó)松的樣品進(jìn)行測(cè)序，用同樣的研究經(jīng)費(fèi)，楊樹(shù)樣品能測(cè)440個(gè)，擬南芥樣品能測(cè)1638個(gè)。很多研究因?yàn)榻?jīng)費(fèi)限制根本沒(méi)有辦法開(kāi)展，造成研究基礎(chǔ)極其薄弱。

馬晶晶在校時(shí)，實(shí)驗(yàn)試劑、測(cè)序費(fèi)用，還有一次性的培養(yǎng)皿、移液槍頭等耗材，實(shí)驗(yàn)室1個(gè)月就是好幾萬(wàn)元的開(kāi)銷。

不少成熟的分子生物學(xué)研究工具，因?yàn)闆](méi)有人在針葉樹(shù)種上成功使用過(guò)，需要研究者重新摸索實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)細(xì)節(jié)。

從2016年入學(xué)起，馬晶晶僅從第一步提取針葉上的RNA遺傳信息，就體會(huì)到比其他樹(shù)種復(fù)雜。中國(guó)松針葉上布滿了油脂，會(huì)產(chǎn)生很多次生代謝物，影響RNA的提取。為此，她嘗試了很久，還去別的團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)，“一些細(xì)節(jié)沒(méi)有注意到就可能一無(wú)所獲”。

鈕世輝舉例，降解植物細(xì)胞壁一般會(huì)用到4種酶，而每一種酶又有四五種型號(hào)，這在被子植物中已經(jīng)有非常完善的體系，但在針葉樹(shù)中，選用哪一種有效，用多少量……都需要反復(fù)嘗試。

結(jié)果他發(fā)現(xiàn)，最有效的酶使用在中國(guó)松上，需要達(dá)到被子植物用量的20倍才能產(chǎn)生效果。使用植物激素處理時(shí)，在失敗了很多次以后，他才發(fā)現(xiàn)中國(guó)松用量至少要達(dá)到被子植物的100倍才有效果。

“在捅破窗戶紙之前，你很難預(yù)料差異到底有多大。”鈕世輝說(shuō)。

這個(gè)過(guò)程在鈕世輝看來(lái)“費(fèi)力不討好”——技術(shù)似乎很成熟，卻又沒(méi)法直接運(yùn)用，耗費(fèi)很大精力把它改造成功了，在他人看來(lái)又沒(méi)有什么創(chuàng)新性。

剛開(kāi)始研究針葉樹(shù)時(shí)，鈕世輝曾到過(guò)人跡罕至的原始松林，高聳的松樹(shù)密密麻麻，濃密的綠色包裹著整座山，僅有幾縷陽(yáng)光透下來(lái)，顯得格外壯美。每到一個(gè)育種基地調(diào)研，他都會(huì)采回幾個(gè)不同針葉樹(shù)的球果，辦公室和家里書(shū)柜上擺滿了各種大小的松果。

但慢慢地，隨著“干啥啥不成”，他和針葉樹(shù)“相看兩厭”，把球果都收了起來(lái)，吐槽“這玩意兒，難怪沒(méi)人研究”。

一次孤注一擲地“畫(huà)餅”

時(shí)間幾乎是所有針葉樹(shù)研究者的敵人。針葉樹(shù)從小苗到開(kāi)花結(jié)實(shí)通常要數(shù)年甚至二十幾年，“生兒育女”的育種周期極其漫長(zhǎng)。

如何縮短育種周期是每一個(gè)針葉樹(shù)研究者的終極夢(mèng)想。從轉(zhuǎn)行研究針葉樹(shù)以來(lái)，鈕世輝時(shí)不時(shí)就會(huì)想到，自己退休以后，一個(gè)年輕人突然跑過(guò)來(lái)告訴他：“老師，感謝您花了一輩子將育種周期推進(jìn)了一代，我們現(xiàn)在每?jī)赡昃湍芨梢惠喠??！眽?mèng)里的他“血壓飆升250，一口老血噴10丈”。

吳夏明的加入讓項(xiàng)目有了眉目，打動(dòng)他的是鈕世輝大量尚未公開(kāi)發(fā)表的研究進(jìn)展。那時(shí)，團(tuán)隊(duì)鑒定到一個(gè)與中國(guó)松年齡信號(hào)顯著相關(guān)的基因模塊，其中一個(gè)基因被稱之為“針葉樹(shù)年齡分子時(shí)鐘”，年齡越大的松樹(shù)中它的表達(dá)量就越高，可以很精確地判斷松樹(shù)的年齡。

這有望破解針葉樹(shù)年齡的奧秘；然而，深入研究繞不開(kāi)它的基因圖譜。

我國(guó)現(xiàn)存的16個(gè)國(guó)家級(jí)油松良種基地，很多是鈕世輝導(dǎo)師的導(dǎo)師、北京林業(yè)大學(xué)教授、林木遺傳育種學(xué)家沈熙環(huán)在20世紀(jì)80年代主持建設(shè)的。這些良種基地匯集了當(dāng)時(shí)全國(guó)范圍內(nèi)篩選收集的良種優(yōu)樹(shù)，“隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，很多地方的天然林都沒(méi)有了，搶救下來(lái)了一批，以后再想干這個(gè)事就再也干不了。”

2019年以前，80多歲的沈熙環(huán)先生還跑遍了每一個(gè)基地，關(guān)注育種的最新進(jìn)展。然而，近年來(lái)隨著身體的變化，年逾九十的他不得不減少了外出的活動(dòng)。

相比之下，在海南的南繁中心，研究人員的水稻1年可以繁殖3代。這讓鈕世輝感慨，這一年的工作換成針葉樹(shù)便幾乎超過(guò)了自己的整個(gè)職業(yè)生涯。必須改變現(xiàn)狀，“如果世上需要這么一個(gè)攪局的年輕人出現(xiàn)，我希望那是我。”

隨著第三代基因測(cè)序技術(shù)取得突破，鈕世輝也意識(shí)到，技術(shù)發(fā)展已經(jīng)積累到了轉(zhuǎn)折點(diǎn)，自己有機(jī)會(huì)成為那個(gè)“攪局者”。“相當(dāng)于原來(lái)的技術(shù)每次只能讀幾百個(gè)字母，現(xiàn)在可以一次讀1萬(wàn)個(gè)字母?！彼虮确?。

但這位副教授彼時(shí)能調(diào)動(dòng)的資源極其有限，經(jīng)四處籌措，最初項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)只有80余萬(wàn)元。而美國(guó)同期競(jìng)爭(zhēng)項(xiàng)目，投入經(jīng)費(fèi)達(dá)500萬(wàn)美元，約合3000多萬(wàn)元人民幣，瑞典的相關(guān)項(xiàng)目更是獲得了高達(dá)1億元的經(jīng)費(fèi)資助。

鈕世輝決定先把項(xiàng)目啟動(dòng)再說(shuō)，也沒(méi)考慮能發(fā)表什么水平的論文。

他花了半年時(shí)間，考察和游說(shuō)了七八家測(cè)序公司，給他們“畫(huà)餅”：2005年，《科學(xué)》（Science）在創(chuàng)刊125年時(shí)，提出了125個(gè)最重要的前沿科學(xué)問(wèn)題，其中第66個(gè)問(wèn)題是：“為什么一些基因組很大，另一些則相當(dāng)緊湊？”

無(wú)論從科學(xué)的重要性還是影響力來(lái)說(shuō)，這都是一個(gè)重要的問(wèn)題，而中國(guó)松的基因組項(xiàng)目就有望解決它。

“這個(gè)項(xiàng)目是有風(fēng)險(xiǎn)、有挑戰(zhàn)的，但風(fēng)險(xiǎn)主要在我，只要你支持我把這個(gè)項(xiàng)目做成功，它就是個(gè)標(biāo)桿，那是最好的廣告。”鈕世輝的話很有煽動(dòng)性，“之后你們出去接任何項(xiàng)目，都可以告訴別人，中國(guó)松是我們做的，別的小項(xiàng)目算什么??？”最終，一家測(cè)序公司答應(yīng)以成本價(jià)格為其測(cè)序。

另一個(gè)需要解決的問(wèn)題則是算力?！坝棉k公室的臺(tái)式機(jī)去計(jì)算，需要至少連續(xù)計(jì)算50年不關(guān)機(jī)?！彼置樯狭税⒗镌疲忠煌ā爱?huà)餅”，也打動(dòng)了阿里云的工程師。

“他是非常容易能夠讓別人看到光的人?！瘪R晶晶全程圍觀了鈕世輝的“畫(huà)餅”，在她看來(lái)，鈕世輝就像一株松，扎根這一領(lǐng)域，用事實(shí)和對(duì)未來(lái)的展望來(lái)感染別人。

“松柏男神”，是身高183厘米的鈕世輝在學(xué)生中的“雅號(hào)”，不過(guò)他更希望別人關(guān)注他的研究。

“實(shí)際上每個(gè)人都是理想主義者，只不過(guò)有時(shí)候被各種挫折慢慢磨平了，這種理想主義在某一刻可以被重新喚醒?！痹阝o世輝看來(lái)，這更是一次孤注一擲的冒險(xiǎn)。項(xiàng)目并未獲得專項(xiàng)資金支持，一旦失敗，或者遲遲無(wú)法突破，這些成本很有可能壓垮他。

一個(gè)巨大的基因組

和鈕世輝一樣站上懸崖的還有李江。

這位博士后2018年進(jìn)入北京林業(yè)大學(xué)分子設(shè)計(jì)育種高精尖創(chuàng)新中心的博士后流動(dòng)站。2020年年初，正在從事白樺轉(zhuǎn)基因研究的他遭遇“飛來(lái)橫禍”。由于突如其來(lái)的新冠疫情，李江無(wú)法返校，而他傾注了所有心血培育的白樺樣本因此全部死掉。

此時(shí)的他即將面臨博士后的中期考核，“沒(méi)什么東西可以出一些好的成果了，差一點(diǎn)卷鋪蓋走人?！扁o世輝便邀請(qǐng)他加入。

“超算的租用是按小時(shí)算錢的，每跑一天就要多花幾千元錢，而且如此巨大的計(jì)算量，以前誰(shuí)也沒(méi)干過(guò)，誰(shuí)也不知道它什么時(shí)候能算出來(lái)。一旦結(jié)果不好或中途崩潰，就前功盡棄了?！本薮蟮膲毫涸阝o世輝身上，“整個(gè)人瘦了一圈”，李江回憶。

終于，在超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)算了6個(gè)月時(shí)，阿里云的工程師在群里通報(bào)：“計(jì)算結(jié)果出來(lái)了！”

出乎意料的是，當(dāng)時(shí)的群里顯得有些安靜。鈕世輝顧不上在群里慶祝，他打開(kāi)傳來(lái)數(shù)據(jù)的鏈接，“感覺(jué)一下子穩(wěn)了！”推算中，組裝的連續(xù)性指標(biāo)N50最理想情況應(yīng)該可以達(dá)到500Kb，而計(jì)算出的結(jié)果達(dá)到了2.6Mb，是理想結(jié)果的5倍，“大家很興奮，覺(jué)得這個(gè)項(xiàng)目沒(méi)白干?！?/p>

這個(gè)總長(zhǎng)度達(dá)25.4Gb的中國(guó)松基因組，完整呈現(xiàn)了它的12條染色體，這是世界上第一個(gè)染色體級(jí)別的松樹(shù)基因組。

“基因組組裝是最重要的一步，但事實(shí)上，如果想讓它成為真正的實(shí)用級(jí)別的數(shù)據(jù)資源，組裝只是最簡(jiǎn)單的第一步?！闭嬲奶魬?zhàn)是詳細(xì)地對(duì)其中每一個(gè)基因結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確注釋，相當(dāng)于把這本寫(xiě)滿254億字母的天書(shū)打上空格與標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，分成有意義的單詞和段落，同樣是個(gè)艱巨的大工程。然而現(xiàn)實(shí)又給了鈕世輝當(dāng)頭一棒。

“天書(shū)”中包含了大量“無(wú)用的廢話”稱為“內(nèi)含子”，也有存在關(guān)鍵遺傳信息的語(yǔ)句“外顯子”，識(shí)別出外顯子并不容易。

“針葉樹(shù)當(dāng)中的基因離譜到什么程度？如果沒(méi)有其他生物學(xué)證據(jù)你很難相信它是一個(gè)基因?！扁o世輝舉例，“針葉樹(shù)中的一個(gè)重要基因長(zhǎng)736Kb，它的外顯子總長(zhǎng)度只有不足1Kb，相當(dāng)于從中挑出千分之一有意義的部分。這實(shí)在很難讓人相信，因?yàn)槠渌参镏羞@一比例是二分之一?！?/p>

這也讓已有的基因結(jié)構(gòu)注釋程序失去了用武之地。他手動(dòng)檢查的一個(gè)長(zhǎng)540Kb的基因，就被程序識(shí)別成41個(gè)完整的基因，“雖然根據(jù)經(jīng)驗(yàn)它們看上去很像，但實(shí)際都是假的?！?/p>

“團(tuán)隊(duì)在過(guò)去10年積累的大量中國(guó)松基因表達(dá)數(shù)據(jù)成了關(guān)鍵突破口，世界上其他項(xiàng)目組不太可能在短時(shí)間內(nèi)收集到如此廣泛的樣品?！弊罱K，基于來(lái)自760個(gè)樣本的RNA證據(jù)，鈕世輝提出了一種完全基于RNA數(shù)據(jù)的基因注釋策略，經(jīng)過(guò)不同技術(shù)路線20輪的反復(fù)測(cè)試，最終將完整基因注釋率從38%提升至92%。“這是一件具有里程碑意義的突破，我可以驕傲地說(shuō)，它是真正可以用的”。

基因注釋結(jié)果顯示，針葉樹(shù)基因組里存在著大量可自我復(fù)制的重復(fù)序列，稱為轉(zhuǎn)座元件，這是一種來(lái)自于古病毒的寄生性的序列片段，占據(jù)了針葉樹(shù)基因組含量的70%-80%。

用鈕世輝的話說(shuō)，“中國(guó)松是在垃圾堆里還能優(yōu)雅地活著。它12對(duì)染色體里，相當(dāng)于有9對(duì)完全是‘垃圾’，沒(méi)有這些重復(fù)序列，松樹(shù)的生長(zhǎng)不會(huì)有任何影響?！?/p>

一段沒(méi)有回程票的旅程

“有一些分析我們自己搞不定?！眳窍拿鞯热藚f(xié)調(diào)了來(lái)自瑞典等國(guó)家的該領(lǐng)域頂尖科學(xué)家加入項(xiàng)目組，一共召開(kāi)了54場(chǎng)線上技術(shù)討論會(huì)，往來(lái)了678封工作郵件。

不同文化背景的研究者一起工作是一種別樣的經(jīng)歷?！八麄児ぷ鳂O其細(xì)致，就是節(jié)奏和國(guó)內(nèi)相比有些慢?！扁o世輝“吐槽”，“老外工作和生活分得很開(kāi)，一到周末就找不著人了，還要度假，那是真的度假，完全聯(lián)系不上。”

這讓鈕世輝有些不適應(yīng)，“坦白講，我們的工作節(jié)奏很亂，有時(shí)候半夜有了一些突破，我們就馬上開(kāi)個(gè)會(huì)，哪怕開(kāi)十幾分鐘?！?/p>

心里的急迫事出有因?！案舅恢?，最恐怖的是，你不知道經(jīng)費(fèi)還能支持你走多遠(yuǎn)，只知道提前準(zhǔn)備的子彈打光了。”經(jīng)費(fèi)捉襟見(jiàn)肘，他只能繼續(xù)“畫(huà)餅”，拉同領(lǐng)域的其他研究者“攜資加入”。

“我們這個(gè)項(xiàng)目，已經(jīng)做得這么好了，成果肯定是國(guó)際頂尖的，你也可以加入進(jìn)來(lái)承擔(dān)一部分研究，前提是帶一點(diǎn)經(jīng)費(fèi)一起合作。實(shí)在不行給你打個(gè)折也行。”這名科學(xué)家此時(shí)又像是一個(gè)推銷員。

某種意義上說(shuō)，這是一段只有單程票的旅程，一如鈕世輝最終得到的一個(gè)重要研究結(jié)論。他們發(fā)現(xiàn)，在物種形成初期中國(guó)松的基因組并沒(méi)有那么龐大，但600萬(wàn)年前，可能發(fā)生了一次古老的地質(zhì)事件，這些原本沉默的可自我復(fù)制的轉(zhuǎn)座元件被意外激活。

它們大量復(fù)制，在基因組中隨機(jī)跳躍，這對(duì)于整個(gè)基因組的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)是一種災(zāi)難，不僅會(huì)引發(fā)難以預(yù)料的突變風(fēng)暴，還有可能造成整個(gè)基因組的崩潰。

為此，中國(guó)松演化出了強(qiáng)大的DNA監(jiān)管系統(tǒng)，密切監(jiān)視和抑制轉(zhuǎn)座元件的活動(dòng)，再一次“鎖死”了它們，這種“鎖死”很有可能同時(shí)抑制了這些重復(fù)序列的清除?！熬拖裼靡粋€(gè)碗扣住了馬蜂窩，雖然暫時(shí)解除了危險(xiǎn)，但再也不敢放手，也保護(hù)了它們?！彼稳?。

雖然大部分轉(zhuǎn)座元件都再次沉默下來(lái)，但總有漏網(wǎng)之魚(yú)，總體而言，它們?nèi)匀辉诔掷m(xù)緩慢地?cái)U(kuò)張，“雖然速度很慢，但這就像一道經(jīng)典的小學(xué)數(shù)學(xué)題：一個(gè)水池，一邊往里放水，一邊向外排水，多久水池能排干？”

在針葉樹(shù)中，轉(zhuǎn)座元件的清除速度低于其擴(kuò)張速度，是造成針葉樹(shù)基因組巨大性的根本原因，導(dǎo)致中國(guó)松基因組的進(jìn)化方向是一直膨脹下去，沒(méi)有回程票。這在一定程度上回答了《科學(xué)》提出的66號(hào)問(wèn)題。

2022年1月，他們的成果正式以《中國(guó)松基因組和甲基化組揭示了針葉樹(shù)關(guān)鍵特征演化》為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《細(xì)胞》（Cell）上，這是該期刊創(chuàng)刊以來(lái)發(fā)表的第一篇裸子植物研究論文。至此，整個(gè)項(xiàng)目只花費(fèi)了220多萬(wàn)元，遠(yuǎn)低于國(guó)際同類項(xiàng)目。

令鈕世輝意外的是，論文的審稿意見(jiàn)中，審稿人用“詳盡、透徹”等詞語(yǔ)形容了他們的研究，并評(píng)價(jià)道：“他們開(kāi)創(chuàng)性的工作表明，目前已知最大的基因組的從頭組裝現(xiàn)在已經(jīng)變得可行?！?/p>

這一進(jìn)展引起了林學(xué)研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，入選了中國(guó)林學(xué)會(huì)評(píng)選的“2021年林草科技十件大事”，此后陸續(xù)入選“十三五期間林草科技十大進(jìn)展”，以及《植物學(xué)報(bào)》評(píng)選的30項(xiàng)“2021年中國(guó)植物科學(xué)重要研究進(jìn)展”等。

去年，鈕世輝也成功晉升為教授。他熬了過(guò)來(lái)，在困難和逆境中，松樹(shù)給了他精神上的支持。這是寫(xiě)在松樹(shù)的基因中的，前述研究發(fā)現(xiàn)，松樹(shù)基因復(fù)制帶來(lái)的基因冗余性賦予了針葉樹(shù)更強(qiáng)的適應(yīng)性，其中包括了抗逆性相關(guān)基因的大量積累，為針葉樹(shù)卓越的抗逆性提供了遺傳基礎(chǔ)。

一張熱起來(lái)的“冷板凳”

像“先鋒”的針葉樹(shù)改善局地生態(tài)一樣，坐了8年，鈕世輝把“冷板凳”焐熱了。

他們組裝的中國(guó)松超大基因組數(shù)據(jù)，已經(jīng)完整地提交在中美兩國(guó)的國(guó)家基因庫(kù)里，目前還在不斷更新，即將發(fā)布更準(zhǔn)確的2.0版本。

數(shù)據(jù)發(fā)布1年半以來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多針葉樹(shù)研究者都開(kāi)始利用這個(gè)平臺(tái)和數(shù)據(jù)開(kāi)展研究，“并不限于中國(guó)松，是所有的針葉樹(shù)研究。大家對(duì)一個(gè)高質(zhì)量的遺傳信息參考早就望眼欲穿了”。

這一成果顯著降低了這一領(lǐng)域的研究門檻，讓更多的人敢于參與進(jìn)來(lái)?；诖耍铀儆N周期，讓樹(shù)木早點(diǎn)開(kāi)花結(jié)實(shí)；抑制行道樹(shù)的開(kāi)花結(jié)實(shí)，減少對(duì)其花粉過(guò)敏的問(wèn)題……這些以往應(yīng)用在其他樹(shù)種上的技術(shù)，未來(lái)也有望在針葉樹(shù)上實(shí)現(xiàn)。

鈕世輝的突破直接推動(dòng)了國(guó)內(nèi)針葉樹(shù)研究進(jìn)入“后基因組時(shí)代”。他希望更多的研究者能進(jìn)入針葉樹(shù)的研究領(lǐng)域，讓研究者能相互分擔(dān)試錯(cuò)的成本，“試錯(cuò)的努力是別人都看不見(jiàn)的，但會(huì)消耗大量的精力，別人只看到你的成功?！逼骄聛?lái)，鈕世輝每嘗試4個(gè)方向的探索，才有1個(gè)能夠有所進(jìn)展。

“功成不必在我，功成必定有我?！痹阝o世輝看來(lái)，科學(xué)研究厲害的地方在于，只要有人取得了突破，就能以文獻(xiàn)的方式記錄下來(lái)，每一點(diǎn)進(jìn)步都不白費(fèi)，后人的進(jìn)步都是站在前人的基礎(chǔ)上再發(fā)展。

但對(duì)于坐在“冷板凳”上的研究者，他還是希望政策能給予更多的支持?！袄浒宓省敝岳?，就是因?yàn)樗〉膸茁蕰?huì)更大。

因此，要避免“板凳還沒(méi)坐熱就被抽走了”。一旦科研人員被各種“非升即走”和考核束縛住，為了應(yīng)付考核，“做事業(yè)”就只能淪為“做項(xiàng)目”。但是如果要把科學(xué)研究當(dāng)作事業(yè)，就要選擇真問(wèn)題。“這就需要‘冷’板凳上有人在堅(jiān)持，如果長(zhǎng)期沒(méi)人坐，外面的人就慌了，更不敢來(lái)了。后面的人再想坐，就要從頭再來(lái)，板凳更冷了，陷入惡性循環(huán)?！?/p>

鈕世輝承認(rèn)，也許10年、20年才能把一個(gè)板凳慢慢坐熱，也許10個(gè)人里面只有1個(gè)能最終成功，“在冷門領(lǐng)域堅(jiān)持下來(lái)的，都是英雄，這是屬于科學(xué)家的英雄主義?！?/p>

一個(gè)解決難題的人

鈕世輝正在尋找自己扎根的下一片土壤。最新的目標(biāo)是松樹(shù)松材線蟲(chóng)病的發(fā)病機(jī)理。這是全球森林生態(tài)系統(tǒng)中最具危險(xiǎn)性、毀滅性的森林病害，被稱為“松樹(shù)的癌癥”。至今我國(guó)已有幾億株松樹(shù)因松材線蟲(chóng)病死亡。

不過(guò)，松材線蟲(chóng)不能自己傳播擴(kuò)散，必須依賴媒介昆蟲(chóng)天牛在取食嫩枝樹(shù)皮的時(shí)候，將體內(nèi)攜帶的松材線蟲(chóng)傳入健康松樹(shù)體內(nèi)。鈕世輝介紹，“這種蟲(chóng)子3天繁殖1代，剛傳入我國(guó)時(shí)氣溫低于10℃它就無(wú)法繁殖，短短40年，它已經(jīng)在東北-20℃的林區(qū)被發(fā)現(xiàn)了?！蹦壳?，這種病害還在持續(xù)北擴(kuò)西進(jìn)。國(guó)家林業(yè)和草原局最新公布的松材線蟲(chóng)病疫區(qū)達(dá)到了701個(gè)縣，而2018年這一數(shù)字是316個(gè)。

“這是國(guó)之大事，我怕再不研究這個(gè)問(wèn)題，幾十年后我的研究對(duì)象就沒(méi)了?！扁o世輝說(shuō)。

鈕世輝一心撲在科研上，妻子難得和他見(jiàn)一面。她是一名社科領(lǐng)域的研究者，平日里也很忙。每當(dāng)鈕世輝遇到困難時(shí)，她就“畫(huà)大餅”——“我相信你肯定行”，而當(dāng)鈕世輝取得了一些成就，她就馬上“潑冷水”，告誡他不要膨脹，“你不是個(gè)聰明的人，你只不過(guò)比別人更努力，現(xiàn)在終于有了好的機(jī)會(huì)，你一定要抓住?！?/p>

更多時(shí)候，她給鈕世輝的是默默支持。以往鈕世輝給自己定的鬧鐘是晚上11點(diǎn)提醒自己下班，現(xiàn)在改到了晚上9:45，“不過(guò)很多時(shí)候還是順手就關(guān)掉了鬧鐘?！敝芪逋砩鲜莾扇思s好的“fish day”，鈕世輝會(huì)早早回家，為妻子做愛(ài)吃的魚(yú)。

做科學(xué)研究深深地吸引著鈕世輝。他覺(jué)得看電影打游戲還沒(méi)有讀文獻(xiàn)有意思，“每解決一個(gè)問(wèn)題，大腦里的獎(jiǎng)賞機(jī)制也在獎(jiǎng)賞你?！?/p>

課題組的研究生也都成了實(shí)驗(yàn)室的“釘子戶”。每當(dāng)有人聯(lián)系想要報(bào)考他的研究生，鈕世輝都會(huì)回一封郵件“勸退”，大意是針葉樹(shù)研究非常困難，成果產(chǎn)出很慢，要慎重地去對(duì)待這件事，“只要努力，我們肯定能產(chǎn)出好的成果，但跟楊樹(shù)比我們就是要慢一些?！?/p>

等學(xué)生進(jìn)了課題組，鈕世輝從不要求學(xué)生打卡，同樣用他最擅長(zhǎng)的“畫(huà)餅”：“做出它來(lái)，你就是佼佼者，站在國(guó)際最前沿。”

馬晶晶印象里，課題組師弟師妹們就和松樹(shù)一樣，充滿了韌勁，“哪怕實(shí)驗(yàn)失敗了很多次，但是大家都不會(huì)說(shuō)不做了，要退學(xué)或者是要換方向。盡管幾乎每個(gè)人都找鈕老師哭過(guò)?！?/p>

“什么是科學(xué)家？就是讓難的問(wèn)題變簡(jiǎn)單的人?！扁o世輝說(shuō)。

“為什么松樹(shù)的葉子一年四季都不落，是什么機(jī)理讓它是常綠的？為什么松樹(shù)一定是在春天開(kāi)花，不在秋天開(kāi)花？為什么松樹(shù)有一些枝條上會(huì)開(kāi)花，但是有的枝條上面就會(huì)長(zhǎng)針葉？松樹(shù)怎么知道它哪個(gè)枝條要長(zhǎng)花，哪個(gè)枝條長(zhǎng)針葉？”直到今天，馬晶晶還記得入學(xué)第一天，鈕世輝給她提出的一串問(wèn)題。

在鈕世輝的電腦里，存放著一個(gè)問(wèn)題列表，這個(gè)列表里現(xiàn)在有97個(gè)問(wèn)題。這是他參加工作至今10年里攢下的，他笑稱，近幾年很可能是自己“智力的頂峰”，有時(shí)在路上走著走著，想到什么問(wèn)題覺(jué)得重要就記下來(lái)，解決一個(gè)就把它標(biāo)紅。有的嘗試過(guò)，目前技術(shù)還無(wú)法實(shí)現(xiàn)，他就讓它靜靜躺在列表里，時(shí)不時(shí)看一看。目前，列表里已經(jīng)有了10行紅字。

在鈕世輝的辦公室，擺滿松球的書(shū)桌后面，掛著導(dǎo)師陳曉陽(yáng)書(shū)寫(xiě)的一幅字，“無(wú)山不綠，有水皆清，四時(shí)花香，萬(wàn)壑鳥(niǎo)鳴，替河山妝成錦繡，把國(guó)土繪成丹青”，這是我國(guó)第一任林業(yè)部部長(zhǎng)梁希的寄語(yǔ)。

中青報(bào)·中青網(wǎng)記者 劉言 來(lái)源：中國(guó)青年報(bào)