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陈春丽赴日本冈崎国立基础生物学研究所进行合作研究
时间:2020-09-14 发布者:国际合作与交流处 来源:

这次访问有以下收获:

1 最大的收获是学习并实践了如何针对审稿人的意见进行有理有据的回复,如何设计逻辑缜密的实验以得到非常牢靠的数据结果,从而形成最直接的证据链,为下一步展示给审稿人和编辑,争取稿件尽快接受和发表。

与外单位的合作研究,我们有非常好的学术原创性发现:一般来说,DNA损伤会引起基因组不稳定,导致细胞生长发育受到抑制,衰老甚至死亡。总之,以往的研究认为DNA损伤的出现对细胞是负面影响。我们发现一种完全相反的效应:一定程度的DNA损伤可以引起植物叶片细胞转换为干细胞,从而再生出新的完整植株,且这种再生不依赖于细胞死亡。这是首次发现DNA损伤对细胞的积极生物学效应,完全颠覆了传对DNA损伤的传统认知;同时,这也是首次发现植物再生的一种全新诱导因子。该发现将对认识植物再生的机理提供新的理论基础,对组织培养实践提供新的可能操作方法。另外,我们也研究了DNA损伤是如何引起小立碗藓叶片细胞再生的分子机制。

上次访问我们将该发现及其机理整理成学术论文,投稿在植物学研究领域的国际顶级期刊Nature plants。在第一轮审稿中,4位审稿人都给予了高度评价,其中1位审稿人指出我们的原创性发现不仅仅对植物乃至对整个生物界都可能是普遍性规律。其实基于我们的研究创新性如此之高,我们曾投稿国际顶级期刊Nature。非常遗憾的是,在投稿Nature期刊之后10多天就被拒了。但我们仍然相信我们的原创性发现会被国内外同行重视起来。

我们投稿的论文梗概如下:DNA损伤是生物体无法避免的,因为它可以由细胞内源的反应造成,也可以由外界环境中的各种胁迫造成。DNA损伤会威胁到基因组的完整性和细胞的活性。在干细胞形成过程中,细胞基因组的完整性和细胞活性的保持非常关键。我们的研究意外发现在小立碗藓中短时间诱导的DNA链断裂可以诱导分化的细胞细胞重编程再生出绿丝体顶端干细胞。STEM CELL-INDUCING FACTOR 1(STEMIN1)是一个在物理损伤诱导后启动重编程的标记基因。当一个完整的茎叶体 (gametophore)浸泡在含有DNA损伤试剂(Zeocin)培养基中处理一段时间后,继续正常培养,部分叶片细胞中STEMIN1基因的表达活性被激活并不断积累,最终这些细胞再生为绿丝体干细胞。彗星实验检测发现DNA损伤试剂(Zeocin)主要诱导DNA单链损伤形成。完全敲除STEMIN1和它的两个最相似的基因(STEMIN2和STEMIN3)后, DNA链断裂则不能诱导再生。同时DNA链断裂诱导的再生过程并不依赖死细胞的出现;再生出的绿丝体干细胞可以继续生长发育并形成新的茎叶体。进一步研究发现,这种DNA链断裂诱导的叶片细胞再生出干细胞的过程依赖于DNA损伤感应因子ATR,但不依赖同为感应因子的ATM。实验表明STEMIN1基因表达的诱导依赖于ATR。我们发现了通常被认为对细胞活性有负面作用的DNA链断裂可以诱导干细胞的形成。该发现加深了我们对DNA损伤的生理意义的理解,并有助于了解干细胞诱导条件和分子机制的多样性;为未来研究植物干细胞形成的机制提供了新方向。

2 这次访问,我还学习了活细胞水平的Time lampse高级显微镜术。该技术为我们的合作研究立下了汗马功劳。外单位在显微技术手段上一直处于国际领先地位,为我们的高质量科研数据获取提供了很好保障。利用外方的高级显微镜术平台,我们针对审稿人提出的问题有效设计了最直接也是最直观的实验,期待这套数据可以毫无争议地清楚回答审稿人问题。

3 访问期间还讨论了另一篇1篇学术文章初稿:DNA Topoisomerase 1αarrests sperm cell formation in the moss Physcomitrella patens计划投稿国际知名期刊NEW PHYTOLOGIST摘要 小立碗藓在系统进化上的地位,精子发育与高等植物的不同孢子体发育特征简要介绍,分子遗传机制知道甚少。DNA TOP1在生物中广泛存在DNA复制及转录过程中解旋正负超螺旋,对细胞及植株个体生长发育必不可少。序列及蛋白保守有什么结构特点我们在小立碗藓中分析了其表达模式有什么特点?在小立碗藓中反向遗传构建了敲除材料,配子体发育正常,孢子体发育存在严重缺陷,进一步发现是因为精子没有活力。该研究结论及意义:DNA TOP1的分子结构如此保守,但是在植物发育中的功能却大不相同,尤其是我们发现DNA TOP1在小立碗藓中直接影响到精子细胞的发生,这个发育功能出乎意外,十分有趣

同时也针对这篇文章框架提出了更细致更高标准的实验数据要求,计划在上一篇文章补充实验完成之后,继续这篇文章的实验补充和写作。

4 在访问工作时间之外,我也趁上下班路过日本居民住宅门前屋后住宅花园的机会,观察了仙人掌科植物在日本家庭园艺中出现的情况。可以看出,仙人掌科植物在日本家庭园艺中还是属于比较受宠的一类植物。

 

体会:合作者双方以及研究生在一起当面讨论的效果很好,工作效率非常高,同时集众人智慧,达成共同感兴趣的目标。

 

建议:增加资助渠道,比如由政府或学校增设对国际合作项目的资助,使研究人员之间的合作有更多官方渠道机会。也希望学校或学院能够搭建起实效的高级显微平台,即使我这样的小实验室,也有好的科研创意,也能够用的起,能够用的好。

 

附:访问期间照片4张

  1. NIBB长谷部教授实验室和Ishikawa博士讨论DNA损伤课题实验结果分析及下一步实验计划的工作合影。由于武汉疫情出现,来自武汉的我谨慎起见,在1月22号就买了口罩,自觉带起口罩到实验室。

  2. 本人在NIBB长谷部教授实验室开展合作研究时的工作照片。

  3. 日本居民住宅前的仙人掌科植物

     

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