为了那份与植物的情缘——访华东师范大学生命科学学院姜伊娜研究员

姜伊娜

选择姜伊娜作为2018年启明星计划入选者的首访对象，主要是因为在前不久那次2018级星友颁证交流会上她在介绍自己时的那句话：我的研究对象是植物与微生物之间的相互关系，是一个非常特别而有趣的研究方向。加上她又是这次华东师范大学唯一入选的启明星。直觉告诉我们，这个女孩不一般。为了解她背后的成长故事和研究经历，我们来到了华师大生命科学学院。

不一样的成长之路

姜伊娜1983年5月出生于山东曲阜，用伊娜的话说，或许是受到孔老夫子的庇佑，那一带常年风调雨顺，流经的泗河河水甘甜，环境优美，民风敦厚，读书向学之风不绝。单亲家庭长大的伊娜有一个长她两岁不到的姐姐，从懂事起姐妹俩完全是母亲一手拉扯大的。在伊娜的印象里，自己放学后经常会在学校的校长或老师那里做作业等待妈妈来接她。母亲的坚韧、刚毅和不屈服于生活压力的态度深深地影响着姜伊娜。虽然生活不易，但姜母让孩子接受完整教育的决心非常坚定。上中学后两姐妹的学费已成为家庭一大负担，懂事的姐姐提出读中专尽快工作的想法，被姜母断然否决。即便是家里生活十分拮据的情况下，母亲对孩子的兴趣及教育培养绝不吝啬，家里有不少名著和典籍，伴随着姐妹俩一路成长。她和姐姐从小就喜欢画画，经常一人拿一个硬纸壳做成的画架，随着母亲到古建筑和野外去临摹、写生，而具有音乐天赋的姐姐对唱歌更是无师自通。为了照顾两个孩子就近读书，她们家搬了不止十次。

生活上的困窘并没有影响伊娜个人的成长。伊娜认为，这得益于母亲对她们精神上的富养，这远比物质上的富养更深刻、更长远，母亲努力把外界的纷扰对她们的影响降到最低，因此她们的内心世界是富足而平静的。母亲的开朗，对待生活的正面、积极、乐观，以及无论遇到任何困难都不轻易低头的人生态度，是伊娜人生道路上指引她坚定前行的明灯。

从小与植物有缘 兴趣牵引职业方向

姜伊娜从小就对植物感兴趣，小时候给树浇完水后她会静静地听树在吸水的声音；高中时她注意到学校操场一角的含羞草，总会凝立近旁静静观察。这细微而实在的现象让她觉得妙不可言，也因此高中时她就认准了生物学这个在当时并不热门甚至因为就业前景不被看好、被视为挺不靠谱的专业。但母亲很支持女儿的选择，母亲说：“你就算天天看蚂蚁上树，要是能看出点什么东西来也是很厉害的。”伊娜笑称，母亲对动物社会行为学的认识还是很超前的。但同时也提醒她，一旦选择了这个专业，以后无论遇到任何困难都不能退缩，因为这是你自己的选择。高考时，姜伊娜填报了生物学专业，并考入鲁东大学（原烟台师范学院）生命科学学院。

鲁东大学的生物学专业课程设置很全面，每一门大的课程都配了实验课，实验设备完备，课上学生自己可以动手操作。这4年中，姜伊娜学得很扎实，为她今后的学术发展打下非常好的基础。临近毕业时，姜伊娜为找工作和考研做了两手准备。工作方面，她到山东省一所重点中学应聘，同台竞聘者都是有研究生背景的。面试抽到的题是当场讲解细胞结构，少时学绘画的本领加上大学专业课程的良好设计训练派上了用场，她在黑板上把细胞结构简洁形象地画出来，加上逻辑清晰的讲解，让她脱颖而出，被学校录用。在考研方面，伊娜听说上一届有师姐考上了上海交通大学的研究生，她也十分渴望这样的大平台，在积极备战后她拿到了上海交大的录取通知，并在2002年入读上海交大农业与生物学院。

在选择研究方向和导师时，姜伊娜再次遵从了自己的内心，选择了自己很喜欢的豆科植物作为研究对象，师从武天龙教授。武教授的研究方向之一是大豆次生代谢产物异黄酮的代谢调控。姜伊娜解释说，异黄酮与雌激素有相似结构（因此称为植物雌激素），是女性很好的保健成分。异黄酮还能提高豆科植物的抗病和防御能力。在正常情况下，豆科植物中的异黄酮含量较低。通过遗传的手段来改良植物品质，如提高其含油量、蛋白含量等是现今植物学领域的一个热门方向，姜伊娜也是希望通过调控代谢过程中的关键酶来提高大豆异黄酮的含量，并进一步揭示植物次生代谢产物影响植物防御及自身调节免疫的机理。选择这个方向还有一层考虑。我们知道，许多中药的有效成分都是植物次生代谢产物，而已知的植物代谢产物种类已超过20万种。中药的有效成分难以精确鉴定已严重制约了现代中医药的发展。因此，了解次生代谢产物如何合成、代谢、调控以及如何发挥作用，植物的防御机制如何启动，抗病过程如何发生等就显得十分迫切。这些研究成果发表在了《植物生物学》（Journal of Plant Biology）, 《加拿大植物病理学》（Canadian Journal of Plant Pathology）和《植物与细胞生理学》（Plant and Cell Physiology）等该领域的知名期刊上。

解析植物与菌根真菌共生过程中碳源的代谢机理，研究工作获《科学》杂志高度肯定。

成果的背后是姜伊娜执着的付出，她当时的状态非常贴合一句被同学传说的时髦语“不是在实验室就是在来实验室的路上”。也许在其他人的眼中，这样的生活单调而无趣，但对从小就喜欢植物的姜伊娜来说，这样的生活十分充实而有成就感。她说：“我十分幸运，能够把自己的兴趣当作职业，每一个小小的发现都能让我非常兴奋。”当年着迷于含羞草的她已做好了准备要去揭示更多植物世界的未知奥秘。

研究工作获《科学》杂志高度肯定

博士毕业后，姜伊娜选择了在中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所（以下简称植生所）继续深造。博士后研究期间，在王二涛研究员的指导下，姜伊娜的研究领域有了进一步的扩展，其研究主要关注植物与微生物（如真菌或细菌）的相互作用。这里所谓的相互作用包括有益的共生关系和有害的寄生关系（微生物病原菌只从植物中攫取营养）。其中，菌根真菌共生是自然界最为广泛的共生形式（80%以上的高等植物都可以与菌根真菌共生）：植物通过与菌根真菌共生高效率地从土壤中获得磷和氮等无机及矿质营养，同时植物把一定量的光合作用产物（光合作用提供的碳源——有机碳化合物）传递给菌根真菌供其生长，两者之间建立一种互惠互利的同盟。每年大约有50亿吨的光合作用产物通过菌根真菌被固定在土壤中，这是生态学上保持土壤肥力的一种常见且非常有价值的方式。因此，研究植物与菌根真菌共生过程中的碳源转运过程及机理对整个生态系统的碳氮平衡具有非常重要的意义。

2017年10月在中科院植生所实验室中

姜伊娜说，这是一个“既古老又现代”的研究方向，“古老”是因为此前学界普遍认为：植物的光合作用产物是以六碳糖（如葡萄糖）的形式供给共生真菌的。但是，姜伊娜以典型的豆科模式植物（蒺藜苜蓿）与共生真菌（丛枝菌根菌）互作体系为研究材料，发现植物的碳源主要是以脂肪酸的形式转移到菌根真菌。这一见解对已经存在了近百年且被公认的理论——植物传递给菌根真菌的主要是糖——提出了质疑，因此课题研究过程中承受了非常大的压力，除非能进一步以无可辩驳的结果来证明自己的观点。她从2013年开始，用了整整4年时间（这也是姜伊娜做博士后的时间差不多是正常时间两倍的原因）与王二涛老师一起仔细设计实验，一一推敲整个实验过程，最后他们的研究得出这样的结论：脂肪酸是植物传递到菌根真菌的主要碳源形式，他们还进一步找到了脂肪酸在共生过程中的转运蛋白。这一结论不仅打破了长达近百年的传统菌根共生营养交换形式的观点，还进一步揭示了碳源（脂肪酸）转运的分子机理，对解析植物与菌根真菌共生过程中营养代谢机理具有重大的理论意义。她在研究过程中还发现在拟南芥-白粉病的寄生中，通过降低植物病原真菌相互作用中脂肪酸的转运，能够有效抑制病原真菌的致病性，从而开辟了一个全新的植物抗病研究的思路。姜伊娜这样解释这一研究的意义：在了解了植物输送碳源的形式后人们就可以投其所好，通过调控植物自身的合成和代谢提高共生的效率，从而更有利于植物的生长发展和满足人类需求；还可以做成菌肥（生物肥料），减少化学肥料的使用；而了解有害病原菌吸收植物的碳源形式，将有望阻断其寄生的过程，提高植物的抗病和防御能力。

在导师的支持鼓励下以及与国际权威杂志编辑的多次交流沟通后，最终这篇以姜伊娜为第一作者的论文发表在2017年6月16日的《科学》（Science）杂志上。审稿人给出的评审意见是：此文解析了植物与菌根真菌共生过程中碳源营养代谢的基本机理；随后《自然植物》（Nature Plant）杂志也以报道形式介绍了这一工作并评价称：该研究对于未来进一步阐明脂肪酸在其他植物-微生物互作过程中的作用，及在如何促进共生与提高抗病方向上有重大的意义。

在世界顶级的杂志上发表的这篇论文澄清了此前的诸多质疑，姜伊娜压力顿时舒缓：“如果没有这篇文章，很可能我就会失业。”语中虽有调侃，但还是蛮真切地反映了姜伊娜当时的境况。研究期间的艰辛、受到的质疑也许只有她自己最清楚。

得益于国际一流杂志的肯定及对其研究方向前景的认可，2017年11月，姜伊娜出站后加入华东师范大学生命科学学院，受聘为华东师范大学“双百人才计划”紫江青年学者。也出于对姜伊娜这种正处于最佳状态并极具潜质的年轻人才的渴求和看重，华师大校、院二级部门破格给予她研究员和博士生导师的资格。同时，她还获得了“启明星”等人才计划的资助。

豆科模式植物蒺藜苜蓿，研究共生体系的良好载体

为了赢得这场“没有硝烟的战争”

采访到此，我们有这样的感觉，校方的厚爱和人才项目的眷顾更多是因为姜伊娜研究的内容有价值，值得支持她大胆尝试。也因此我们让姜伊娜重点介绍一下接下来她的发展方向，姜伊娜说这也是她想通过这个采访表达的内容。在她看来，博后期间的研究工作只是在这个新的方向上“撕开了一个小口”，接下来还有很大的研究空间，更多的工作需要深入研究。例如，植物的整个生长发育过程也是与各种病原菌相生相克的过程，经过与病原菌的长期共进化，植物形成了一套精巧而复杂的防御体系。与此相对应的是，病原微生物出于生存本能为了获得宿主光合作用固定的碳源，会分泌一系列小分子物质，如蛋白效应因子等，使其逃避植物免疫防御并调节宿主代谢来满足其需求。围绕对碳源的保护与掠夺，植物与微生物间始终在进行着一场“没有硝烟的战争”。为了说明这场“没有硝烟”战争之惨烈和后果，姜伊娜以好发于多种瓜果类经济作物的白粉病为例：“白粉病是一种常见且危害甚大的植物病害，可侵染多种重要的农作物（如小麦、番茄、大豆、黄瓜等），造成植物早衰，流行年份会造成作物减产40%。更重要的是白粉病菌至今无法在体外人工培养，以致人们无法掌握其行踪，其致病机制及作物抗性研究基础薄弱，目前对白粉病的控制只能采取治标难治本的化学农药防治。”姜伊娜希望通过接下来深入研究植物-病原菌互作中植物碳源的代谢、转运及调控，以求揭示植物抗病分子机理、不同碳源下病原菌的致病机理并制定调控措施，以提高植物的抗病和防御能力，在减少化学农药使用的同时使农作物稳产增产。

介绍到这里，我们对姜伊娜为什么要用一场“没有硝烟的战争”来做表述的深意有了更多理解。对姜伊娜讲的植物的白粉病、枯萎病等，人们都有所知道，但一般想到的就是用杀虫剂等化学手段来控制，而姜伊娜等科研人员试图在揭示植物与微生物相互作用关系的基础上，更多依靠调控植物本身的抗御机能来达到增产和减少化学农药使用的双重功效。这既是探求主流、前沿的科学难题，又回应了当下最为关切的生态环境挑战，这样来看姜伊娜入职以来的顺利就很好理解了。

但故事好讲，求索之路艰难。姜伊娜深知这一点，所以兢兢业业，未敢一刻懈怠。而本是同行的爱人与双方家庭的无悔支持，也是支撑她一路向前的动力。眼下第一步是实验室装修、各种实验设备的购置、为课题组“招兵买马”招聘研究人员等，“我已经当了快半年的‘包工头’了。唯愿早点开工，早出成绩，不负众望。”

这是一个新的开始，我们祝愿伊娜在这个充满神奇和未知的植物世界里不断耕耘，有所发现，并带给更多关心她的人以惊喜。

梁、江世亮写于2018年6月10日