2024-11-21 08:33:48来源：jinnianhui金年会官网 作者：jinnian金年会官网
课题进展过半，钮世辉几乎到了山穷水尽的地步——购买实验试剂的钱都快挤不出来了。租用的超级计算机公司来催尾款，他只能打哈哈：“我们这么大的项目，怎么可能欠你钱呢？”
那是在2021年11月，钮世辉时任北京林业大学生物科学与技术学院副教授，主要从事针叶树遗传育种方面的研究。这名85后学者和团队当时正在进行一个很多人眼中有些“疯狂”的计划——给我国重要的乡土针叶树种“中国松”绘制完整的基因图谱。
从科学层面而言，这并不是项容易的工作，已知的100种松树基因组大小的平均数与中位数均超过了25Gb（十亿碱基）。中国松基因组是人类基因组大小的9倍，是杨树和桉树的60倍。如果将中国松的基因组比作一本“天书”，钮世辉团队要做的是读取其中的每一个段落，再根据上下文重叠，要从2.6万亿个字母中挑出254亿个，推断正确的连接方式，拼成完整的一本书。然而这本书其中许多段落看起来几乎完全一样，文中还没有任何空格与标点符号。
这个项目的启动也是迫不得已。针叶树占据全球森林面积的39%，世界木材产量的45%来自针叶树。在我国，木材近年来对外依存度超过50%，而进口木材中超过70%属于针叶材。
“往北极走，你见到最后的高大乔木是针叶树。爬雪山，在雪线以下最后的高大乔木也是针叶树。”这些环境恶劣的地方，往往只有针叶树能去填补生态位，从而改善那里的土壤、水分、小气候，其他的被子植物才能随之扎根，因此它被誉为“先锋树种”。
然而，如此重要的树种，重要科研成果产出却出人意料得少，比如，仅以杨树为材料的国际期刊高水平论文产出就达到了针叶树的近20倍。对于大部分物种来说，基因组测序已经不再存在技术障碍，有数百种植物公布了全基因组图谱，“但一旦涉及针叶树，游戏规则就不一样了”。
相关研究受制于遗传信息资源匮乏，被难以完成的全基因组测序“卡了脖子”。在此之前，已有来自瑞典、美国、加拿大、俄罗斯等国家的13个团队，自2013年起不断尝试进行挪威云杉、白云杉、火炬松等国际重要针叶树种基因组的组装和注释，有的项目花费了数百万美元，但经过验证，其基因测序结果的连续性均不太理想。
和钮世辉预想的一样，2019年，当他四处递交中国松基因组的项目申请时，毫无悬念地被各种科研管理部门“毙掉”了。
“我理解，一个比杨树难60倍的项目，全球十几个团队花了上亿元仍未解决，我说现在时机已经成熟，凭什么相信我一个小年轻啊？”钮世辉回想。
2010年进入北京林业大学林木遗传育种专业读博时，他的研究方向还是“热乎的”杨树转基因育种，临近毕业，有教授鼓励他转去研究针叶树。
可这一选择险些断送了钮世辉的科研生涯。2018年6月，钮世辉留校任教的第一个聘期到期，面临考核，但他已有将近5年没有新的重要成果产出，发表的寥寥3篇SCI论文都是依靠他在博士期间的研究积累。
对于他的考核评价，考核组专门开会讨论。有领导说：“小钮不能不合格，他不合格就成笑话了，大家有目共睹，他对科研充满热情，而且这么努力，（是）整天不放假的人。”
他的努力是公认的。在华南农业大学读硕士时，他的研究对象是我国南方的一种油料作物麻风树。他几乎跑遍了南方的几个省份，晒得黢黑，在海南的繁育基地进行种源试验，从中筛选出最好的种源，大幅度提升了麻风树的产量。
到了博士阶段，转换到林木遗传育种方向需要从头学习分子生物学，他抱起相关书籍，每天早上8点半到实验室，晚上11点才离开，周六周日也是如此。用他的线年里，“去旁边五道口不超过10次”。
这种工作状态几乎保持到现在。同事眼中，他是“天生的科研工作者”。在他带的第一个研究生马晶晶印象里，钮世辉几乎全年都在办公室和实验室做科研，过年也很少回家。假期里，学生们养的树苗等实验材料，都靠他浇水照顾。
“大自然有个秘密，只等有人去发现它。而我最先发现了它，如果我不告诉你，全世界再也没有人知道这个秘密，这是很强的满足感。”钮世辉这样描述科研工作吸引他的地方。
参加工作的头几年，他眼睁睁看着大学里从事针叶树研究的同行越来越少，而其他树种研究工作做得如火如荼。
钮世辉坚信，“大雪压青松，青松挺且直”，坚持是有价值的，“得有人在这。如果没有针叶树，这里一直裸露，大风一刮把土都刮走了，环境是不会被改造好的。”生态系统中需要先锋树种，冷门领域也需要先锋研究者。
很长一段时间内，几乎没人看好这个项目，包括最重要的合作者之一，瑞典农业大学森林遗传学首席教授吴夏明。
作为针叶树种研究领域的国际知名专家，吴夏明曾长期对挪威云杉、欧洲赤松等树种开展遗传育种研究，发表了近百篇论文，被引用次数高达1000多次。
2017年年底，吴夏明受聘北京林业大学高精尖创新中心研究组PI（主要研究者），希望能为国内针叶树遗传改良尽些力。最初中国松基因组测序的想法并不被他看好。
相比中国松，他更希望完成杉木的测序与群体重测序，那是中国最重要的本土针叶树树种之一，也是中国最大的人工林树种。更重要的是，它的基因组大小不到中国松的一半，意味着成功的几率更大。
针叶林的研究天生就带“刺”。针叶树是“反模式物种”，不仅个体大小是模式植物拟南芥的十倍至近百倍，生命周期也是它的几百倍。
拟南芥、杨树、水稻、玉米等被子植物，已经具备成熟的研究体系，而且相互之间可以相互借鉴。但针叶树与被子植物在两亿年前就已经分化，差异太大了，针叶树既没有自己的研究体系，也很难借鉴被子植物的研究进展。
“聪明人不干这事儿。”钮世辉曾经测算过，如果对8个中国松的样品进行测序，用同样的研究经费，杨树样品能测440个，拟南芥样品能测1638个。很多研究因为经费限制根本没有办法开展，造成研究基础极其薄弱。
马晶晶在校时，实验试剂、测序费用，还有一次性的培养皿、移液枪头等耗材，实验室1个月就是好几万元的开销。
不少成熟的分子生物学研究工具，因为没有人在针叶树种上成功使用过，需要研究者重新摸索实验的每一个细节。
从2016年入学起，马晶晶仅从第一步提取针叶上的RNA遗传信息，就体会到比其他树种复杂。中国松针叶上布满了油脂，会产生很多次生代谢物，影响RNA的提取。为此，她尝试了很久，还去别的团队学习，“一些细节没有注意到就可能一无所获”。
钮世辉举例，降解植物细胞壁一般会用到4种酶，而每一种酶又有四五种型号，这在被子植物中已经有非常完善的体系，但在针叶树中，选用哪一种有效，用多少量……都需要反复尝试。
结果他发现，最有效的酶使用在中国松上，需要达到被子植物用量的20倍才能产生效果。使用植物激素处理时，在失败了很多次以后，他才发现中国松用量至少要达到被子植物的100倍才有效果。
这个过程在钮世辉看来“费力不讨好”——技术似乎很成熟，却又没法直接运用，耗费很大精力把它改造成功了，在他人看来又没有什么创新性。
刚开始研究针叶树时，钮世辉曾到过人迹罕至的原始松林，高耸的松树密密麻麻，浓密的绿色包裹着整座山，仅有几缕阳光透下来，显得格外壮美。每到一个育种基地调研，他都会采回几个不同针叶树的球果，办公室和家里书柜上摆满了各种大小的松果。
但慢慢地，随着“干啥啥不成”，他和针叶树“相看两厌”，把球果都收了起来，吐槽“这玩意儿，难怪没人研究”。
时间几乎是所有针叶树研究者的敌人。针叶树从小苗到开花结实通常要数年甚至二十几年，“生儿育女”的育种周期极其漫长。
如何缩短育种周期是每一个针叶树研究者的终极梦想。从转行研究针叶树以来，钮世辉时不时就会想到，自己退休以后，一个年轻人突然跑过来告诉他：“老师，感谢您花了一辈子将育种周期推进了一代，我们现在每两年就能干一轮了。”梦里的他“血压飙升250，一口老血喷10丈”。
吴夏明的加入让项目有了眉目，打动他的是钮世辉大量尚未公开发表的研究进展。那时，团队鉴定到一个与中国松年龄信号显著相关的基因模块，其中一个基因被称之为“针叶树年龄分子时钟”，年龄越大的松树中它的表达量就越高，可以很精确地判断松树的年龄。
我国现存的16个国家级油松良种基地，很多是钮世辉导师的导师、北京林业大学教授、林木遗传育种学家沈熙环在20世纪80年代主持建设的。这些良种基地汇集了当时全国范围内筛选收集的良种优树，“随着经济发展，很多地方的天然林都没有了，抢救下来了一批，以后再想干这个事就再也干不了。”
2019年以前，80多岁的沈熙环先生还跑遍了每一个基地，关注育种的最新进展。然而，近年来随着身体的变化，年逾九十的他不得不减少了外出的活动。
相比之下，在海南的南繁中心，研究人员的水稻1年可以繁殖3代。这让钮世辉感慨，这一年的工作换成针叶树便几乎超过了自己的整个职业生涯。必须改变现状，“如果世上需要这么一个搅局的年轻人出现，我希望那是我。”
随着第三代基因测序技术取得突破，钮世辉也意识到，技术发展已经积累到了转折点，自己有机会成为那个“搅局者”。“相当于原来的技术每次只能读几百个字母，现在可以一次读1万个字母。”他打比方。
但这位副教授彼时能调动的资源极其有限，经四处筹措，最初项目经费只有80余万元。而美国同期竞争项目，投入经费达500万美元，约合3000多万元人民币，瑞典的相关项目更是获得了高达1亿元的经费资助。
他花了半年时间，考察和游说了七八家测序公司，给他们“画饼”：2005年，《科学》（Science）在创刊125年时，提出了125个最重要的前沿科学问题，其中第66个问题是：“为什么一些基因组很大，另一些则相当紧凑？”
“这个项目是有风险、有挑战的，但风险主要在我，只要你支持我把这个项目做成功，它就是个标杆，那是最好的广告。”钮世辉的话很有煽动性，“之后你们出去接任何项目，都可以告诉别人，中国松是我们做的，别的小项目算什么啊？”最终，一家测序公司答应以成本价格为其测序。
另一个需要解决的问题则是算力。“用办公室的台式机去计算，需要至少连续计算50年不关机。”他又瞄上了阿里云，又一通“画饼”，也打动了阿里云的工程师。
“他是非常容易能够让别人看到光的人。”马晶晶全程围观了钮世辉的“画饼”，在她看来，钮世辉就像一株松，扎根这一领域，用事实和对未来的展望来感染别人。
“实际上每个人都是理想主义者，只不过有时候被各种挫折慢慢磨平了，这种理想主义在某一刻可以被重新唤醒。”在钮世辉看来，这更是一次孤注一掷的冒险。项目并未获得专项资金支持，一旦失败，或者迟迟无法突。
