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加星標(biāo)，才能不錯(cuò)過每日推送！方法見文末插圖 他從小就喜歡觀察昆蟲，尤其迷戀蝴蝶，全家上下為他制作捕捉昆蟲的網(wǎng)兜。長大之后，他輾轉(zhuǎn)四國求學(xué)，并發(fā)現(xiàn)了調(diào)控蝴蝶翅膀顏色的奧秘，相關(guān)論文發(fā)表在12月6日的Science上。從本科到讀博，然后再做博士后，田申換過四個(gè)國家，先后在澳大利亞、日本、新加坡和美國的著名高校中學(xué)習(xí)、研究。唯一不變的，是他對蝴蝶的迷戀。特別是蝴蝶翅膀的顏色，在陽光下可以折射出斑斕的光芒，從深沉的藍(lán)到熱烈的紅，從神秘的紫到耀眼的金，這些色彩，如同隱藏在翼翅間的秘語，訴說著生命的奧秘。這些顏色并非單純?yōu)榱搜b飾，它們是蝴蝶與環(huán)境交互的結(jié)果，是自然選擇的杰作，也是生物適應(yīng)性的體現(xiàn)。12月6日，新加坡國立大學(xué)博士后田申，以第一作者的身份在Science發(fā)表研究性論文，揭示了調(diào)控蝴蝶翅膀顏色的奧秘。美東時(shí)間早上8點(diǎn)，《返樸》與田申進(jìn)行了連線。打開攝像頭，對方露出了靦腆的笑容，他笑著說，“沒關(guān)系，我不緊張。”2019年8月，田申托著行李箱來到新加坡國立大學(xué)，自此擰緊了博士征程的發(fā)條。用他的話來說，“這五年從來不敢休息，直到我博士畢業(yè)，才和父母見面，且還是父母過來找我?！?/span>食堂、宿舍、實(shí)驗(yàn)室，是田申的三點(diǎn)一線。他在新加坡國立大學(xué)Antonia Monteiro實(shí)驗(yàn)室的課題，聚焦在鱗翅目（蝴蝶與蛾）翅膀圖案多態(tài)性的遺傳、發(fā)育與進(jìn)化機(jī)理。在生物學(xué)中，多態(tài)性是指在多變的環(huán)境中，生物在同一自然種群中具有不同的形態(tài)，如英國樺尺蛾“工業(yè)黑化”的經(jīng)典案例。這個(gè)案例在高中生物課本上講過：英國工業(yè)革命之前，樺尺蛾大多為白色，以便與樹干上白色的地衣融為一體。工業(yè)革命之后，隨著污染的增加，煤煙殺死了地衣，熏黑了樹干，導(dǎo)致白色的樺尺蛾暴露在黑色的環(huán)境中而更容易被鳥捕食。此時(shí)，一種黑色的樺尺蛾在種群中出現(xiàn)。由于在被煤煙污染的環(huán)境中，黑色型更隱蔽、更不易被捕食者發(fā)現(xiàn)，在短短的幾十年時(shí)間里，它們迅速占領(lǐng)整個(gè)種群。多態(tài)性的產(chǎn)生是由于DNA序列的改變，使同一基因座上產(chǎn)生多個(gè)等位基因，從而產(chǎn)生不同的表型。黑化后的樺尺蛾之所以能夠一代代遺傳下來，就涉及到了多態(tài)性。除樺尺蛾之外，還有許多相隔1億年進(jìn)化歷程的蝴蝶與蛾都存在類似的翅膀顏色多態(tài)性，例如枯葉蛺蝶的葉形擬態(tài)、家蠶的黑白色型等。在鱗翅目翅膀圖案多態(tài)性的研究中，有一個(gè)進(jìn)化熱點(diǎn)的基因組區(qū)域。這個(gè)基因組區(qū)域圍繞一個(gè)叫“cortex”的蛋白質(zhì)編碼基因。過去十多年，大量的全基因組關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，在鱗翅目昆蟲1億年的進(jìn)化歷程中，與黑色素相關(guān)的翅膀圖案多樣性的形成都與這個(gè)基因組區(qū)域脫不了關(guān)系。因此一直以來，科學(xué)家們認(rèn)為cortex是此基因組區(qū)域中控制黑色素產(chǎn)生與否的關(guān)鍵基因。然而，全基因組關(guān)聯(lián)分析只能通過統(tǒng)計(jì)學(xué)方法找到與不同翅膀顏色相關(guān)聯(lián)的基因組區(qū)域，但不能準(zhǔn)確判斷其中哪個(gè)基因在控制顏色。大量自相矛盾的證據(jù)讓人懷疑，cortex是否真的是控制黑色素形成的關(guān)鍵？比如敲除了cortex基因之后，只有10%左右的個(gè)體出現(xiàn)明顯差異。這啟發(fā)了田申，他開始測試該基因組區(qū)域中除cortex以外其他一些基因的功能，包括之前一直被忽略的非編碼基因miRNA——這到了田申的研究“舒適區(qū)”，“當(dāng)我博士開始研究鱗翅目翅膀圖案的發(fā)育進(jìn)化機(jī)理時(shí)，我就下意識地關(guān)注到在這個(gè)熱點(diǎn)基因組區(qū)域中，cortex這個(gè)基因旁邊其實(shí)就有miRNA，卻一直被人忽略。”miRNA是小分子非編碼RNA，它們雖然不像大多數(shù)基因那樣編碼蛋白質(zhì)，但它們通過抑制靶基因的表達(dá)在基因調(diào)控中發(fā)揮著重要作用。在這項(xiàng)研究中，田申發(fā)現(xiàn)了一個(gè)緊鄰cortex基因的miRNA - mir-193。于是，他使用基因編輯工具CRISPR-Cas9在三種深度分化的蝴蝶中敲除了mir-193。研究發(fā)現(xiàn)，敲除mir-193 之后，非洲偏瞳蔽眼蝶（Bicyclus anynana）、東方菜粉蝶（Pieris canidia）和玉帶鳳蝶 （Papilio polytes）中黑色和深色的翅膀顏色消失了，只留下白色/淺色。而敲除同一基因組區(qū)域中的包含cortex在內(nèi)的其他四個(gè)蛋白質(zhì)編碼基因，并不會影響翅膀顏色。對照實(shí)驗(yàn)表明，mir-193才是鱗翅目昆蟲中控制黑色素翅膀顏色圖案多態(tài)性的關(guān)鍵，而非cortex或任何其他附近的蛋白質(zhì)編碼基因。由于mir-193不僅存在于在鱗翅目昆蟲，也存在于整個(gè)動(dòng)物界包括人類，為了擴(kuò)大研究結(jié)果的普適性，于是團(tuán)隊(duì)聯(lián)合密歇根大學(xué)在非鱗翅目昆蟲——果蠅中測試了mir-193的功能。令人驚訝的是，在果蠅中mir-193也能控制黑色生成，這表明mir-193甚至能控制鱗翅目昆蟲之外生物的顏色。“這項(xiàng)研究參與人員其實(shí)很多，我與Antonia Monteiro同實(shí)驗(yàn)室的成員，以及日本東京大學(xué)程久美子實(shí)驗(yàn)室（田申在此讀碩士）、藤原晴彥實(shí)驗(yàn)室，以及美國密歇根大學(xué)Patricia Wittkopp實(shí)驗(yàn)室都有合作。”因?yàn)樗Ｐl(wèi)蝴蝶，保衛(wèi)文章。2020年，實(shí)驗(yàn)室的蝴蝶被真菌感染，陸續(xù)死了一批，導(dǎo)致很多研究只能擱置，寫了一半的文章停在那里。盡管實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了幾次衛(wèi)生消毒，但是蝴蝶還是一批一批地死。幸運(yùn)的是，田申的蝴蝶安然無恙，但是這群“小精靈”讓他整天提心吊膽。于是他打算給蝴蝶“挪窩”，恰好一個(gè)印度裔的教授在同一樓層有一個(gè)空房間，田申請求對方借來一用?！岸嗵澚怂?，我在文章的最后特地向這個(gè)教授表達(dá)了感謝?！?/span>接下來，田申每天從宿舍出發(fā)，第一件事是“趁著自己還沒被污染”，先到這個(gè)借來的房間處理相關(guān)實(shí)驗(yàn)；處理完畢之后，再回到自己的實(shí)驗(yàn)室完成其他事項(xiàng)。晚上回到住地，第一件事就是把自己“洗干凈”，避免第二天污染蝴蝶。放假期間，田申成了實(shí)驗(yàn)室的“留守實(shí)驗(yàn)員”，兼顧著幫忙照料同門的實(shí)驗(yàn)蝴蝶。所幸在他的看護(hù)下，這些蝴蝶都存活了下來。當(dāng)田申在新加坡進(jìn)行緊鑼密鼓的實(shí)驗(yàn)時(shí)，美國兩支研究蝴蝶的團(tuán)隊(duì)也在同樣的研究領(lǐng)域取得了重大突破。他們在同一個(gè)熱點(diǎn)基因組區(qū)域發(fā)現(xiàn)長鏈非編碼RNA“ivory”也能調(diào)控黑色素生成。“學(xué)界的氛圍還是比較包容開放的，當(dāng)我們得知對方也在研究的時(shí)候，三個(gè)實(shí)驗(yàn)室約定今年2月份同時(shí)發(fā)了一版預(yù)印本。他們這兩篇文章分別在8月和10月發(fā)表在PANS（美國科學(xué)院院刊）上，我還去祝賀了一波?！碧锷曜孕诺卣f，“但是我確定我們的工作更加詳盡完善?！?/span>后續(xù)田申研究發(fā)現(xiàn)ivory其實(shí)是mir-193的前體，這里還有一個(gè)有趣的插曲。當(dāng)時(shí)田申既想補(bǔ)充一項(xiàng)額外的實(shí)驗(yàn)充分證明“ivory是mir-193的前體”，又想盡快把這篇文章先發(fā)出去，拿不定主意，就去找導(dǎo)師商量，最終決定先投期刊，然后用第一輪審稿的時(shí)間完成補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)。“我認(rèn)為我補(bǔ)的實(shí)驗(yàn)對于支持某個(gè)結(jié)論非常重要，所以就算審稿人沒有提出，我也希望在后續(xù)審稿的過程中把這個(gè)結(jié)果加上，因?yàn)槲蚁矚g做自己文章的審稿人，我希望我的作品滴水不漏?！?/span>果然第一輪審稿結(jié)束之后，三個(gè)審稿人對這項(xiàng)成果都給予了高度評價(jià)。其中有一個(gè)審稿人提出希望補(bǔ)充一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，直接證明mir-193的前體是ivory，如此整個(gè)證據(jù)鏈就會更完整。其實(shí)在此之前，田申已經(jīng)做完了補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，所以拿到審稿意見之后，他很快返回了二稿，“我甚至都擔(dān)心審稿人會不會覺得我們弄虛作假?！碧锷晷Φ?。文章很快被接收，審稿人對文章評價(jià)極高，“這將在蝴蝶翅膀圖案領(lǐng)域產(chǎn)生重大影響，并且更廣泛地對進(jìn)化發(fā)育學(xué)產(chǎn)生影響，為該主題的一系列新研究奠定基礎(chǔ)。”“這項(xiàng)研究警示了在全基因組關(guān)聯(lián)分析研究中不能只關(guān)注蛋白質(zhì)編碼基因。”田申1993年出生于河北秦皇島，從幼兒時(shí)期就對昆蟲極其感興趣。當(dāng)別的孩童還在因?yàn)橥婢呖摁[時(shí)，他可以一個(gè)人興致盎然地在小花壇里盯著蝴蝶、蛾子待上半天。父母見他搞一身泥土不但不責(zé)怪，還會給他買很多圖文并茂的書籍和蝴蝶標(biāo)本。因?yàn)槟赣H常駐日本，父親忙于銀行工作，他從小跟著爺爺奶奶生活。爺爺給他做了很多捕捉蝴蝶的網(wǎng)兜，一開始是用竹竿，不知道被玩壞了多少根，后來干脆直接換成鋼管，“根本拎不動(dòng)”。直到讀高中，生物仍然是他最喜歡的學(xué)科?！白鲎鳂I(yè)的時(shí)候時(shí)常把生物作業(yè)放在最后做，就像好吃的東西總想留到最后吃”。2012年6月，田申考上了南開大學(xué)，生物學(xué)是板上釘釘?shù)牡谝恢驹?，結(jié)果事與愿違，錄取了第二志愿——口腔醫(yī)學(xué)。沒有讀上心儀的生物學(xué)專業(yè)，這讓田申十分沮喪。于是入學(xué)兩個(gè)月后，他果斷選擇退學(xué)，全力備考雅思，申請國外的學(xué)校。次年2月，田申赴澳洲讀生物學(xué)專業(yè)，最終在澳大利亞國立大學(xué)獲得理科學(xué)士學(xué)位。囿于常年與母親聚少離多，在考慮碩士學(xué)校時(shí)，他選擇了日本東京大學(xué)，在程久美子實(shí)驗(yàn)室，從事miRNA研究。在日本，碩士課程被稱為“博士前期課程”，通常為期2年。完成碩士課程后，學(xué)生可以繼續(xù)進(jìn)行“博士后期課程”，這通常為期3年，相當(dāng)于中國的博士學(xué)位課程。碩士畢業(yè)那會兒，田申并不確定繼續(xù)讀博還是工作，就一邊申請博士，瞄著世界上有名的“蝴蝶實(shí)驗(yàn)室”；一邊也申請了業(yè)界的職位。結(jié)果，他拿到了東京大學(xué)、劍橋大學(xué)、新加坡國立大學(xué)的入學(xué)offer，一家戰(zhàn)略咨詢公司也遞來橄欖枝。考慮到博士入學(xué)時(shí)間較晚，田申決定先入職咨詢公司，成為一名高薪體面的白領(lǐng)。一天到晚漂浮在高空中的格子間，端著咖啡，對著電腦，如果向遠(yuǎn)處眺望，還可以看到皇宮，這樣的生活豈不美哉？但田申對這般生活無所適從，“只有試錯(cuò)之后，我才知道自己真正熱愛的是科研?！?/span>在工作3個(gè)月后，田申下定決心讀博。但在東京大學(xué)、新加坡國立大學(xué)、劍橋大學(xué)之間做出選擇，也讓田申十分糾結(jié)。2019年7月，田申收到了新加坡國立大學(xué)導(dǎo)師Antonia Monteiro的郵件，大意是“8月即將開學(xué)，你什么時(shí)候到校？”于是在一個(gè)風(fēng)和日麗的周六，田申打電話與父母商量，最終決定辭去做了4個(gè)月的咨詢工作，去新加坡讀博。Antonia Monteiro是葡萄牙人，藝術(shù)細(xì)胞豐富，同樣癡迷于蝴蝶。在她家的一面墻壁上，設(shè)計(jì)了馬賽克瓷磚拼接成的蝴蝶翅膀圖案，這一點(diǎn)讓田申十分著迷。其實(shí)他從小就接受美術(shù)訓(xùn)練，在初中時(shí)，便與藝考生一起上培訓(xùn)課，他的畫作常常是藝考生中的佼佼者，“老師甚至建議我參加藝考”。“我和Antonia Monteiro很聊得來，她給了我廣闊的天地讓我發(fā)揮。我在這做了四年博士、一年博后，無論是精神上還是經(jīng)濟(jì)上，Antonia都很支持我，研究經(jīng)費(fèi)支持力度很大，討論問題也能產(chǎn)生共鳴，”田申忍不住對導(dǎo)師表達(dá)感謝，“直到畢業(yè)，我和她仍然聯(lián)系緊密”。今年10月，田申拿到了美國杜克大學(xué)的Hargitt fellowship，現(xiàn)在在Anyi Mazo-Vargas實(shí)驗(yàn)室繼續(xù)做關(guān)于蝴蝶研究的博士后研究工作。田申說，“我希望（未來）建立自己的實(shí)驗(yàn)室，繼續(xù)做喜歡的研究工作。”http:///10.1126/science.adp7899
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