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遨游鱼类世界

    发布时间:2017-03-24

 ——记中国科学院动物研究所研究员、鱼类进化与基因组学研究组组长郭宝成

本刊记者  迟艳艳

 

鱼类几乎占领了地球上所有水域中的生态位,既是生态系统的重要组成部分和生物资源,也是重要的科学研究对象。“中国的鱼类研究具有源远流长的历史。遗憾的是,目前斑马鱼、青鳉、刺鱼、鲡鱼等成为模式生物的鱼类,都是由外国学者所倡导和建立的。某种角度上中国的鱼类研究缺少自己的标签。”郭宝成说。10多年来,郭宝成遨游在鱼类世界里,他的身影穿梭在实验室里、野外采样现场、讲台上、学术报告会议上,忙碌而又充实。

 

始于兴趣,享受科研

 

“早在中山大学读本科的时候,受益于本科生导师制,师从鱼类生理学家和鱼类养殖学家林浩然院士。”郭宝成就是这样跟鱼结了缘。

兴趣使然,研究生时期,郭宝成选择就读于中国鱼类学研究中心——中国科学院水生生物研究所,师从中国鱼类分子系统学与生物地理学的杰出研究者——何舜平研究员。郭宝成回忆说:“何老师给了我极大的学术自由,宽松自由的学习氛围使我感受到了科研是一种享受。”

同时,郭宝成也深刻感知到科研容不得半点浮躁,并且在之后的科研道路上用自己的行动践行着这一箴言。“何老师总是告诫我们要把有限的时间和精力都投入到实验室和科研项目上。很多老院士、老科学家,他们一辈子就专注于做一件事。”郭宝成也坚信,有付出就会有回报,你的付出即便现在看不到回报,但在未来一定会反馈给你。

2010年,郭宝成顺利拿到了中国科学院水生生物研究所水生生物学博士学位,5年的硕博连读使他在鱼类分子进化领域得到了系统的训练与积累,但是郭宝成却希望能够继续深造,开阔学术视野。“在鱼类研究领域,国外无论是在理论上,还是在实际应用中,都有很多值得学习的地方。”博士毕业后,郭宝成先后在瑞士苏黎世大学和芬兰赫尔辛基大学继续从事有关鱼类进化基因组学的研究。

国外6年的科研历程使郭宝成建立了广泛的学术交流网络,瑞士苏黎世大学的Andreas Wagner教授、芬兰赫尔辛基大学的JuhaMeril教授、德国明斯特大学的Erich Bornberg-Bauer教授、英国皇家学会院士牛津大学的PerterHoland教授、加拿大麦吉尔大学的Frédéric Chain博士、芬兰赫尔辛基大学的Zitong Li博士都是郭宝成科研路上的合作者。

“其实,科研是没有国界、不分领域的。我和很多科学研究者都素未谋面,但是我们通常会用e-mail进行交流,共同的兴趣爱好驱使我们走到一起。比如,我在瑞士的导师提倡‘idea-driven’,他的实验室里有做鱼的、做酵母的、做老鼠的,大家的研究对象不尽相同,但总是可以相互学习借鉴。”郭宝成说。

 

勇于开拓,解锁鱼类基因进化密码

 

基因(组)重复作为普遍存在的生物学现象,是基因组和遗传系统多样化的重要推动力量。重复基因的功能分化一直是研究热点,也是郭宝成的研究内容之一。通过数据挖掘,郭宝成发现已有的研究大都集中于重复基因序列碱基变异,插入缺失对重复基因的影响是研究中的“缺口”。因此,他决定以在进化过程中,基因(组)重复尤其突出的鱼类为研究对象,系统研究插入缺失对重复基因分化的影响。

郭宝成发现重复基因比单拷贝基因积累了更多的插入缺失,重复基因两个拷贝均有插入缺失积累,缺失的积累要比插入的积累普遍,插入缺失倾向积累于蛋白质二级结构的环结构域及三级结构的表面,重复基因两个拷贝间的序列分化程度与其插入缺失积累密度呈显著的正相关,插入缺失而非碱基变异是重复基因两个拷贝间蛋白四级结构分化的主要原因。通过总结上述研究成果,郭宝成提出了插入与缺失是重复基因进化的重要动力。研究结果发表于国际知名分子进化刊物Molecular Biology and Evolution,受到编辑与审稿人的高度认可。

生物适应性进化的遗传基础是生物学研究的基本问题,了解生物适应性进化的遗传基础,对于生物多样性的保护以及资源的可持续利用至关重要。因此,郭宝成以鱼类海水向淡水的适应为其研究的切入点。

已有研究表明,环境因子是方向性选择的重要动力,因此具有非常高盐度和温度梯度变化的波罗的海为研究海洋鱼类群体分化提供了天然的实验室。通过对波罗的海中三刺鱼和鲱鱼群体的研究,郭宝成发现,遗传分化发生在三刺鱼和鲱鱼的整个基因组范围;而盐度和温度的变化是波罗的海三刺鱼和鲱鱼遗传分化的动力。为海洋鱼类群体分化及局部适应(local adaptation)提供了确凿的证据,研究成果发表在BMC系列旗舰刊物BMC Biology和分子生态学代表性刊物Molecular Ecology上,发表一年来已受到数十次引用。

 

积跬步,以至千里

 

“促进和提高中国的鱼类进化研究”,这是长久以来萦绕在郭宝成内心的声音。2016年,郭宝成作为中国科学院动物研究所“百人计划—青年俊才”候选人从芬兰归来。在未来几年里,一方面,他将以前期的研究成果为切入点,继续深入研究插入与缺失在重复基因功能分化中的作用及其在鱼类物种分化中可能的作用;另一方面,为了研究生物进化的重复性和可预测性,郭宝成拟以发生适应辐射的刺鱼类群为研究对象,运用群体基因组学和比较基因组学的方法,研究全球范围内,刺鱼从海水向淡水适应辐射过程中,种内平行进化与种间趋同进化的遗传基础,从而进一步揭示适应辐射发生遗传机制的一般规律。郭宝成已经逐步组建起了属于自己的鱼类进化与基因组学研究团队,并且得到了国家自然科学基金的资助。

在开展科学研究的同时,郭宝成深知科研平台在创新型人才的培养中蕴含着巨大的潜力。他说:“人才培养工作是科学研究的重中之重,毕竟科研最终是要由人完成的。就鱼类研究在国内的发展来看,我们应该以人为本,培养一批以鱼类为研究对象,掌握分子与细胞生物学、遗传学、基因组学以及生物信息学技术的复合型人才,以此带动我国鱼类研究的发展。”目前,郭宝成的中国科学院动物研究所鱼类进化与基因组学研究团队已经纳入了1名博士后、1名博士生和2名硕士研究生,并且正在逐步扩展当中。

在具体的科研人才培养工作中,郭宝成认为,学生独立思考与动手能力是并重的。他说:“作为学生科研道路上的指引者,我们既要培养学生的独立思考能力,组织学生参加各种学术会议,开拓眼界,又要培养学生动手解决科学问题的能力。独立思考能让学生知道什么是科学研究的重要问题或者亟待解决的问题,而动手能力则为问题的解决提供了保障。”

提及团队管理,郭宝成表示,时间的有效利用和知识体系的更新非常重要。“在我的实验室里,不要求每天工作时间12小时,但是做科研的时候一定要集中精力,提高效率。除此之外,活到老,学到老,知识在更新,我们的思维方式也要跟上时代的步伐。”

目前,郭宝成和他的团队各项工作都已步入正轨,而郭宝成也将继续奋战在科研一线。他说:“科学从来就是不断的前行和探索,不断学习始终是件很重要的事情。”

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