CellPress：

一开始是什么让您对生物学产生兴趣？

徐通达教授：

我自小在农村长大的，那时家里有一个小院子。很小的时候，我就喜欢在院子里种不同的植物。至今我依然清晰记得那时在土里播下种子，看着小苗破土而出慢慢长大并最终开花结果的那种兴奋感。从那时起，我开始对生命的奥秘感兴趣。一颗小小的种子是如何成长为拥有美丽的叶子、花朵和果实的迷人植物的呢？所以，考上北大以后，尽管当时计算机科学非常热门，我父母也试图说服我选择计算机科学专业，但我还是毫不犹豫地选择了生物科学。我从来没有后悔过当时的选择，因为我一直对探索生命科学的未知世界怀揣着真正的热情，新的科学发现能不断激励着我去进一步探索植物神奇生命现象背后的机理。

CellPress：

是什么让您选择了生长素这个细分研究领域？

徐通达教授：

刚开始读博时，我对植物细胞极性的初步建立感到好奇。早在我加入杨贞标教授实验室之前，团队已经利用拟南芥叶表皮呈锯齿拼图状的铺板细胞（pavement cell）建立了研究细胞极性的系统，发现了小G蛋白ROP控制植物细胞极性建成的分子机制。因此，我就想回答一个简单但非常重要的问题--什么信号能激活小G蛋白，从而建立细胞极性？当时我也没想到这个简单问题会引领我进入一个如此令人着迷的研究领域。我检测了许多可能激活铺板细胞小G蛋白的信号分子，然而一开始并没有找到一个明确的答案，这让我感到很沮丧。不过当我改变研究视角，从组织器官水平上观察细胞极性的建立时，我发现整个子叶铺板细胞的形态发生呈现出“顶端-边缘-底部”（tip–margin–bottom）的时空模式，这与生长素在子叶的时空动态分布模式非常类似。那一刻，我开启了生长素信号研究的职业生涯。

在我攻读博士学位的第一年2005年，Nature发表了两篇重要的论文，确立了细胞核中基于TIR1受体的生长素转录调控机制。从那时起，我就深深地被生长素信号转导的复杂性和精巧调控所吸引。为了检测生长素能否激活小G蛋白，我在植物原生质体中开发了一个小G蛋白活性检测的方法。有趣的是，我发现生长素可以在一分钟内快速激活小G蛋白ROP6。根据这种快速反应，我们推测除了基于TIR1的生长素转录调控机制，还存在另外一种介导快速响应的生长素信号传递机制。通过遗传和生化实验，我们最终证明细胞表面存在一个生长素感应复合体，其中含有生长素结合蛋白1（auxin binding protein 1, ABP1）和跨膜激酶（transmembrane kinases, TMKs），该复合体可以触发在细胞膜上的生长素反应，包括激活小G蛋白。

CellPress：

科研路上，您遇到过哪些榜样或良师益友？

徐通达教授：

我一直觉得自己很幸运，能够在科研生涯和生活中遇到几位杰出的科学家。我的博导杨贞标教授引领我走进了科学殿堂，他培养了我科学研究所需要的各方面能力，包括技术、逻辑思维、科学写作等。他是我一生的良师益友，时至今日，他对科学的热情依然激励着我在科学研究的道路上不断前进。Natasha Raikhel是我的另一位学习榜样，她是国际上植物细胞生物学和化学基因组学领域的顶尖科学家，也对我的职业生涯产生了巨大的影响。我还在加州大学河滨分校读书时，她是我们植物细胞生物学中心（Center for Plant Cell Biology, CEPCEB）的主任。我从她那里学到了很多东西，特别是对科学研究的愿景，包括我应该专注于什么样的研究，以及我应该如何将科学融入成为我生活的一部分。最后且非常重要的是，当我在北大刚启蒙学习生物学时，时任北大校长的许智宏先生为我的人生提供了最好的引领者和学习榜样。他是中国植物生理学的奠基人之一，为人谦逊、耐心，且乐于鼓励年轻科学家。那时候，我深深地意识到自己将来想成为什么样的人，也最终引领我逐渐走上科学研究的人生道路。

CellPress：

如果必须选择一个不同的生物学领域，您会选择什么？

徐通达教授：

我研究生长素信号通路已经超过15年，中途无论遇到多少困难，我都没有改变过研究领域。我的坚持主要是由我的性格所决定，我喜欢执着于一个问题深入挖掘，而不是浅尝辄止地探索很多问题。另一个原因是我觉得即便是上个世纪科学家们已经针对这个小而简单的分子进行了大量研究，生长素领域仍有许多有趣且重要的问题仍然未解。当然如果有机会选择一个不同的研究领域，我可能会选择系统生物学；目前这个学科充满了活力，并以跨学科研究为重心。众所周知，生物体是复杂的，潜在的信号转导和细胞发育也是如此。但这些复杂性可以被简化，并视作一系列化学和物理反应的结果。因此，为了更好地了解一个生物系统，我们不得不了解生物反应的化学和物理特征。通过跨学科研究，我们有望以更加量化的方式了解细胞，最终离揭开生命奥秘更近一步。

CellPress：

您最喜欢的实验是什么？

徐通达教授：

我最喜欢的实验是发现类受体激酶在信号转导过程中的剪切现象。那是我在新加坡建立独立实验室时所开展的实验，当时我们通过凝胶移位法测试生长素是否能激活TMK1激酶的自磷酸化。出乎意料的是，在生长素处理后，我们发现TMK1蛋白产生了一个新的条带，其大小要短于全长的TMK1蛋白。一开始，我们怀疑这个条带是非特异性的实验误差，但后来通过质谱分析等一系列方法，证实这个新条带是TMK1蛋白被剪切下来的一部分。因此，TMK1作为质膜上的类受体激酶，在生长素不断积累的情况下，是可以被剪切。随后，我们确定了被剪切下来的TMK1蛋白片段具有新的生理功能，将生长素信号从细胞膜转移到细胞质和细胞核，并发现了一类非经典的Aux/IAA转录抑制因子IAA32/34特异地被TMK1而非TIR1途径调控。与生长素-TIR1触发Aux/IAA蛋白降解激活基因转录形成鲜明对比的是，生长素-TMK1通路稳定IAA32/34蛋白，从而抑制基因转录。这个新确立的非经典生长素-TMK信号通路部分解释了生长素浓度依赖的复杂功能，这是植物发育生物学领域长期未解的一个谜题。这个偶然的实验可以说是我研究道路的一个转折点，从这个实验中我意识到在植物生长发育的调节中，生长素的功能是极其精巧复杂的。TMK的剪切机制调控了植物发育中的一系列过程，从胚胎发育到生殖生长，其相关的分子机理是我们实验室目前研究的重点。

CellPress：

您认为生长素研究领域接下来有哪些需要解决的重大科研问题？

徐通达教授：

生长素被认为是一种类似形成素的分子（morphogen-like molecule），几乎控制着植物发育的所有过程。生长素的功能很复杂，取决于其浓度、位置和环境。在不同的条件下，生长素可能会有不同甚至相反的功能。例如，同样浓度的生长素可以抑制根的生长，但却会促进下胚轴的伸长；它可以抑制下胚轴顶端弯钩（apical hook）内侧细胞的伸长，但却能促进下胚轴向光生长时背光面细胞的伸长。生长素也参与了细胞分裂和分化的调控；但生长素在特定情况下如何决定具体控制哪一特定过程，仍有待进一步阐明。另外，虽然学界已经建立了生长素基于TIR1的基因转录和cAMP产生的机制，以及基于TMK的非转录调控机制，但植物体如何整合这些途径来解密生长素信号，从而决定发育过程，仍然是生长素研究领域的一大挑战。

生长素领域的另一大挑战是对植物细胞中生长素的动态分布的可视化。尽管领域内已经建立了一些可以间接显示体内生长素浓度/信号的标记分子，但我们目前仍然无法看到生长素实时的亚细胞分布。结合前期在细胞核和细胞膜上都发现了生长素感知系统，再加上生长素定向运输系统，说明生长素分子在细胞内不同的亚细胞位置具有不同的功能。因此，我们迫切需要开发新的工具，来观察生长素的体内分布，这可能需要依赖于与化学家、物理学家合作开展的跨学科研究。

CellPress：

您是否感受到偏向应用科学研究的压力？这对您的工作有什么影响？

徐通达教授：

现在，大部分植物生物学研究经费都倾向于支持应用科学研究，比如作物开发和改良。使用模式植物拟南芥进行基础研究的空间已经很小。由于资金的限制，很多年轻科学家都转向了作物科学方面的工作。但从长远的角度来看，利用模型系统进行研究，从而理解生物学的基本原理，还是至关重要且必要的。当然，受益于植物转化和基因组编辑等技术的新进展，进一步开发拟南芥以外的其他模式植物，比如水稻，也同样重要。这样，相当一部分科学家仍然可以进行基于科学假设驱动的研究，而不是完全基于物种的研究。在我的研究团队中，我们的主要研究兴趣是利用拟南芥作为模型系统来解析植物发育中不同的生长素作用机制，但我们也开始研究水稻和藜麦。有趣的是，水稻作为一个典型的单子叶植物物种，对生长素的敏感性很低，与拟南芥和藜麦这种双子叶植物相比，表现出截然不同的生长素反应。因此，我们的目标是通过研究单子叶和双子叶植物模型，在物种间水平上阐明生长素产生不同效应的分子机理，从而建立兼顾基础研究和应用科学的研究团队。

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