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[学者]张亮然:《Cell》背后的故事

发布日期:2017-03-22 09:33:35 字号:   点击次数:0

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  张亮然,国家“青年千人计划”入选者,山东大学微生物技术国家重点实验室、生命科学学院教授。2015年初,在美留学九年的他来到山东大学从事教学科研工作。2017年3月2日,其课题组在减数分裂研究领域取得的突破性研究成果“Inefficient crossover maturation underlies elevated aneuploidy in human female meiosis”在世界顶级刊物《Cell》上发表。课题组成员王顺心博士为该论文的第一作者,张亮然教授和哈佛大学Nancy Kleckner院士为共同通讯作者。这也是山东大学首次以第一作者单位和通讯作者单位在《Cell》发表研究论文。

研究,与年龄无关的“缺陷”

  张亮然教授的实验室里,各种仪器、药品整齐地摆放在实验桌上,在阳光的照射下显得尤为干净、舒心。虽是周末,张亮然教授与他的研究生们依旧忙碌着,看文献、讨论课题、做实验,在这个小小的实验室里,他们用汗水和努力铸就着梦想。

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  看到记者进来,张亮然教授忙起身迎接。实验室主要研究的内容是利用酵母、植物、动物等多种材料,研究减数分裂过程中的染色体同源重组。担心记者不理解,他用最通俗的语言介绍了减数分裂的重要性。“减数分裂是遗传学的核心内容,是维持物种遗传稳定性的基础,也是引起物种遗传多样性的前提。”
  张亮然教授课题组刚刚发表在《Cell》上的文章,以人为研究对象,详细阐述了男性、女性生殖细胞的减数分裂在重组频率和分布等方面的差异。正常人的体细胞为二倍体,即细胞中含有两套染色体,一套来自于父亲,另一套来自于母亲,它们叫同源染色体。男性和女性生殖细胞在减数分裂过程中首先发生同源染色体的分离,然后发生姊妹染色体的分离,形成单倍体的精子/卵细胞。然而,女性染色体分离错误的概率比男性高很多。如果染色体数目异常的卵细胞与精子结合,那么形成的受精卵为非整倍体。最常见的例子是唐氏综合征,又称21三体综合征,即受精卵有三条21号染色体。随着女性生育年龄的增加,这种错误的概率呈指数递增。
  张亮然教授课题组对此进行了详细的研究。最终发现,女性减数分裂存在特异性的“缺陷”,导致大约25%的重组中间体不能形成真正的交叉重组,从而导致高频率的染色体分离错误,最终产生了高频率的非整倍体胚胎。张亮然教授说:“我们称之为‘交叉成熟缺陷’,这与年龄无关。这是带引号的‘缺陷’,因为它在女性中是正常的,只是相对于男性和其他生物有些不同。” 另外,该研究还对前人的各种发现和理论进行了整合,对这种“缺陷”在进化上的意义进行了探讨。
  一般认为,女性减数分裂错误的概率会随着年龄的增大而增加,张亮然教授课题组不仅发现了女性减数分裂重组过程中特异的“交叉成熟缺陷”,并且利用大量实验数据,统计出了其概率。更为重要的是,这项发现为将来的研究指明了方向。
  对于引起这一缺陷的具体原因,目前并不清楚。张亮然教授希望有人能够沿着这个思路继续研究下去。“作为一盏指明灯,我们的发现具有重要的理论意义,如果有人能找到具体基因,那么有可能发展出相应的技术方法对其进行改造,从而改善人类的生殖能力。如果找到的目标基因等在其他生物中有类似的作用,那么也可以应用于不同生物,增强或者降低其生殖能力。”

多年沉淀之后,收获《CELL》文章

  这项科研成果是张亮然教授多年来始终如一,持之以恒,辛勤付出的最好回报。
  张亮然教授的研究一直以减数分裂为主。2000年,他进入中科院植物所攻读博士学位,研究植物减数分裂。博士毕业后,他于2006年前往哈佛大学继续深造,师从美国科学院院士、哈佛大学Nancy Kleckner教授,研究酵母的减数分裂。他潜心科研,在国际顶尖的科研平台上拓展着自己的能力,希望有朝一日回到祖国,为中国生命科学的发展贡献自己的力量。时光荏苒,这一去,近十年之久。
  “在世界顶尖的美国哈佛大学学习的这些年,您最大的收获是什么?”张亮然教授说:“博士后合作导师Kleckner院士是用现代生物学手段研究减数分裂的开创者之一。在相关研究领域,Kleckner实验室是做得最好的,也培养出了多位领军人物。在那里,我学会了真正独立地从事前沿性的科学研究。能够在这个优秀的实验室学习,我觉得我是幸运的。”
  2014年,张亮然觉得自己有能力为中国生命科学的发展贡献自己的一份力量了。作为山东人的他,与山东大学多位教授相识,自然选择了山大作为自己的发展基地。2015年初,带着将近十年的沉淀,张亮然正式加盟山大,开始了新的逐梦之旅。
  即将来山大的时候,张亮然看到了一份他人发表的数据,发现女性生殖细胞在减数分裂过程中发生错误的概率明显比男性大的多。这份数据引起了他的好奇心,“我一直在想,这到底是为什么?巧合?还是必然?中间有没有什么规律?”出于兴趣,张亮然教授开始了这项科研,但并未想到,这项成果能够在《Cell》上发表。
  “做实验辛苦,但是如何解读各种数据,发现数据背后所隐藏的科学问题及其意义,更让人颇费脑筋。”密密麻麻的数据总在张亮然脑海中浮现,这些数据可靠性怎样?如何验证?又到底说明了什么……在两年多的时间里,他几乎没有放松过,“一天24小时,除了吃饭、睡觉,大部分时间我都在思考。有时候,我会在夜里想着问题睡不着,睡着了又会突然醒来,脑子里还在想着这些事情。”为了缓解压力,他会经常找朋友聊聊天,但由于多数朋友都是同行,往往说不了几句,话题又扯到了各种生物学问题上。
  张亮然教授的博士生王莹说:“张老师几乎每天都待在实验室,指导我们做实验,和我们讨论问题,其余的时间会在办公室里处理各种数据,查阅文献。科研从来不是一件轻松的事情,需要吃苦耐劳、顶住压力,老师为我们树立了一个最好的榜样!”
  论文在《Cell》发表后,张亮然教授并没有过于激动,只是开心地长叹一声:“终于可以放松一阵子了!”采访现场,当记者提起瓜熟蒂落那一刻时,张亮然教授大笑起来:“心里的石头悬了那么久,终于可以落下来了。”透过他此时的笑脸,仿佛也能体会到当时的如释重负,以及如孩童般发现新世界的喜悦与满足。

未来,科研之路继续

  采访过程中,张亮然教授频频提及博士后合作导师Nancy Kleckner院士,对恩师的尊敬和感激之情溢于言表。Kleckner院士对科研有自己独到的见解,鼓励年轻人放开手脚,实现自己的想法,并会提供力所能及的帮助。张亮然教授希望能够将这种做科研的精神带到自己的实验室,一直传承下去。
  来到山大,实验室是从零开始组建的。“我刚来的时候,实验室空荡荡的一无所有。”建设实验室花费了将近一年的时间,但张亮然教授不会把时间浪费在等待上面。为了不妨碍科研进展,他提前做好规划,先购买了实验最急需的仪器设备,一边研究一边扩充实验室。
  目前,张亮然教授的课题组已经初具规模,招收了近十名硕士、博士研究生。他尽量做到因材施教。“我刚读研究生的时候,导师给我安排了课题,让我自己做。记得自己当时一头雾水、不知所措。在查阅了无数资料并且请教了众多师兄师姐的基础上,刻苦钻研,最终圆满地完成了课题。我们都是这样走过来的,从本科到硕士,再到博士,每一步都是一个转变。”对于硕士,张亮然教授的指导会多一些,更倾向于培养他们的科研思维。对于高年级的博士,他更注重培养学术科研的独立性,往往只提供研究方向,在学生自己查阅资料后一起讨论,适时引导,最终确定研究课题与计划。学术上,他要求学生严谨,但不会整天催着要结果,而是给他们足够的时间去思考、去探索。张亮然教授看到有好的科研论文,都会主动转发给学生,增长他们的见识。
  目前,张亮然教授的课题组正在从多个角度开展实验,研究减数分裂的分子机理,希望将来能够为农作物的遗传改良和人类生殖健康的改善奠定坚实的理论基础。对科研人员来说,一朝成名从来不是终点,一生的钻研、求索才是追求。

【作者:文/陈帷宏 图/田晶晶 来自:宣传部 新闻中心 编辑:新闻中心总编室 责任编辑:亭亭】
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