落实全国两会精神·寻找新质生产力青年 开启全面深化改革的春天
摄影 陈中秋 制图 李前芳
“叶子的‘叶’,田野的‘田’,两个‘田’都是。”
叶田田的自我介绍很简短。契合大众对于理科生的一般想象,她留着一头短发,穿着格子衫,脸上时常露出腼腆、温和的微笑。
她说,自己的工作很简单,基本是对着计算机和数据,像猎人一样从十几亿个DNA碱基对中寻找到优良性状相关的基因。
正如她的名字所携带的意象,这些单调、重复的数据又生长出无限的生命力,编织着生命的“基因密码”。
2022年6月14日,浙江第十家省实验室湘湖实验室在杭州萧山成立。一年后,叶田田从美国学成归来,加入了湘湖实验室淡水水产核心种源创制团队。她说,自己想为家乡的水产行业和国内的生物基因工作,开发、验证好的工具和方法。
“90后”科研团队攻破卡脖子技术
被聘为湘湖实验室首席专家之前,顾志敏在浙江省淡水水产研究所工作了38年,当了12年的所长,研究方向一直围绕着新品种开发、健康养殖等方面。
谈到叶田田,他不吝赞美:“她很厉害!之前在浙江大学竺可桢求是班就读,又到哈佛大学完成了本科毕业论文,之后在加州大学河滨分校完成计算机硕士和生物信息学博士学位。我们很需要这样的人才!”
加州大学河滨分校,位于南加州的洛杉矶以东,以杰出的农学研究闻名全球。在读博期间,叶田田专攻生物信息的数据分析,分析的对象有很多,人类、小鼠、拟南芥、酵母等。
不过,她最想要“捕猎”的基因之一,藏在老家湖州的罗氏沼虾里。带着“能不能回国做点事”的想法,去年7月她回到国内。就在她拿到湘湖实验室聘书的一周后,谷歌向她抛来了橄榄枝。
和叶田田差不多时间加入湘湖实验室的还有一批90后科研人才。“团队包含1名科研骨干,3名优秀青年,5名博士后,靠他们挑大梁。”顾志敏说。
除了和数据打交道,担任副研究员的叶田田,博士后揭育鹍负责采集样本,对罗氏沼虾进行抗病研究;副研究员严军军负责基因编辑,刘翠专攻饲料营养。
“他们的研究方向涉及整个产业链,意味着新品种出来以后,马上就可以应用。” 顾志敏介绍,这个团队研发出的罗氏沼虾、红鳌鳌虾等两种液相基因芯片,在全球范围内都属首次,也顺道打破了国外卡脖子的技术,“借助新的液相基因芯片,水产新品种培育时间能缩短一半,效率提升40%以上”。
在数以亿计的碱基对里解开“基因密码”
生物的性状主要是由基因决定的,了解了基因就等于找到了深入了解并且改造生物的一把钥匙。最被大家熟知的,是1990年开启的人类基因组计划。
鱼类、虾类也是如此。水产品的育种,关键在基因。只不过,基因测序还只是“第一步”。罗氏沼虾有30多亿碱基对,鳜鱼有7亿多碱基对。从大量基因中初步筛选出来的相关性基因,依旧是个不小的数字,如何进行进一步精准定位?
这就轮到叶田田出场了。她的日常工作就是建立数据模型,用计算机进一步解开一段段“基因密码”,将相关性基因准确地挖掘、定位出来。
“我们通过建立数据模型,进行基因检测分析。比如说,通过分析,我们检测到长得高大的个体中,有几个基因出现频率比较高,就可以认为这几个基因跟生长性能相关。”她说。
精准定位特定基因后,就可以根据育种目标,利用基因编辑技术,“敲掉”或者“植入”相关的基因片段,改良品种。
说起来似乎比较简单,但想要精准捕捉到特定基因通常要花费数以月计甚至年计的时间。“难点在于水产基因组的重复序列相对较多,尤其是虾类,一整套基因组上可能有很多片段是重复的,对于测序拼装会有很大的挑战和困难。”叶田田说。
即便如此,这种被称为“全基因育种”的方式正在取代周期更长,不确定性更强的传统育种。就好像用“高铁”逐步取代“蒸汽机”。
因此,像叶田田这样能掌握基因挖掘精准定位技术的人才,无论是在水产领域还是其他养殖领域,都非常欠缺。
基因育种的成果已经摆在了大家的餐桌上
在顾志敏看来,如果不去开发新一代育种技术,仅靠捕捞野生资源,一是满足不了大众的消费需求,二是会对天然资源产生极大影响。
举个江浙人普遍能有感知的例子:这两年,育种技术的提升直接反映在你我的餐桌上。翘嘴鲌,又名太湖白鱼、银刀,是一种生活在太湖的淡水鱼类,因肉质细腻肥美,有着“天下第一鲜”的美誉。
这道百姓桌上的珍馐,野生价格在每斤二三十元。通过人工繁育,价格降到每斤十元左右。
现在,通过基因芯片技术把天然中携带优良性状的基因提取出来,再结合人工繁育苗种、人工养殖、人工配合饲养,就能形成一个产业。
除了工作时间之外,叶田田会花大量的时间读文献,“我们需要了解国际上最新的算法和发展,包括现在用人工智能去做基因组相关的内容,发展速度非常快,我们也必须跟进这些发展”。
在她看来,人工智能对自然语言的处理,与人对话这方面的发展已经非常领先,但对基因组还处于探索应用的方向,“基因组和人类语言差别是很大的,所以不能照搬来用,但我们希望利用大模型和人工智能,进行基因组算法的训练”。
她期待,有一天能实现对基因功能的预测,通过一个片段,预测它的功能;包括在基因编辑方向,用大模型判断靶标与基因编辑酶结合、编辑的效率,以此更好、更快地筛选合适的靶标。
“好奇心强,想要探索未知,所以才来搞科研嘛!”从人类、小鼠的研究,转向相对冷门的水产,叶田田依旧充满热情。在她看来,水产学科方向,研究人相对较少,未知更多,也更具挑战性,国内发展也是领先于国际的,反而能取得更大的成就。
“对于咱们中国人来说,水产也是一个很大的食物来源,我们很重视水产,所以我觉得反而能在这方面另辟蹊径,做一些好的、重要的、有影响力的工作,为水产学科进一步验证和开发好的工具和方法。”
我们相信,在杭州的各行各业,都有这样的青年代表存在。
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