雙非高校博士首發頂刊PNAS：蠶寶寶如何助力新突破？

除了家人外，陳凱最牽掛的就是他的重要小伙伴——蠶。近日，這個最好的“搭檔”為他帶來了學術生涯中第一篇PNAS文章。

陳凱所在的江蘇科技大學生物技術學院、農業農村部蠶桑遺傳改良重點實驗室譚安江教授團隊，首次實現了在家蠶體內合成植物化合物甜菜紅素。陳凱為該論文第一作者。

這些年，通過以蠶作為模式動物進行研究，陳凱已收獲數篇論文。問及做科研的心得，他認為，做研究之前，一定要想清楚自己是否對這個工作有興趣，否則勉強下來會很累，做科研最怕應付。

陳凱

第一次在動物上合成植物色素

何為甜菜紅素？

甜菜紅素是一種天然植物色素，最早提取于一種長得很像蘿卜的甜菜根，又名甜菜頭。甜菜紅素在很多蔬菜、水果中都有，比如我們常吃的紅心火龍果。因其具有抗氧化、防便秘、降血脂、提高免疫力等功效而深受人們喜愛。

“以前，甜菜紅素主要從植物中提取，最主要的原料是紅甜菜。傳統提取技術效率低、純度低，后來研究人員雖對技術進行了升級，但提取純化過程仍舊煩瑣，且存在殘留問題。”江蘇科技大學副教授陳凱在接受《中國科學報》采訪時表示。

譚安江研究員很早就有了在動物上做植物色素研究的想法。2021年，從中國科學院分子植物科學卓越創新中心博士畢業的陳凱，加入到譚安江團隊，開啟了這項研究。

這是一次零的突破，在此之前從未有人在動物里合成過甜菜紅素。因為天然植物色素的生物合成通路很復雜，在動物體內表達非常困難。

“蠶是天然的生物反應器，我們以酪氨酸為底物，通過遺傳轉化在蠶體內導入關鍵的3個基因，分別是CYP76AD1、DODA和Glucosyltransferase，經過3個酶促反應和一些自發反應，靠蠶體自身合成甜菜紅素。”陳凱介紹。

這些甜菜紅素主要在幼蟲絲腺中合成并積累，伴隨著吐絲過程分泌到蠶繭中，形成的蠶繭呈現明顯的紅色。

普通蠶繭與含有甜菜紅素的紅色蠶繭

并且，只要把這些紅色的蠶繭在水里泡一下，這種植物色素就能析出溶解在水里。通過這種方法很容易就能把甜菜紅素提取出來，其含量是14.4微克/毫克。

“經過我們的檢測，提取了甜菜紅素后的蠶繭品質并未受影響。該研究不僅破解了甜菜紅素的提取難題，還可以實現2種收益：一是蠶絲本身，二是額外獲得的甜菜紅色素，大大提高了蠶產業價值，可謂一舉兩得。”陳凱說。

更重要的是，科研團隊證明了可以在昆蟲中成功實現跨界之間的異源表達，為天然化合物的異質生物合成提供了一個重要參考。

投稿最順的一次，僅用了2個月

在2021年研究初啟時，陳凱從沒想過自己的研究會登上頂刊。在此之前，他也不具備向頂刊投稿的經驗。

但是，當團隊在蠶繭上獲得了甜菜紅素時，大家懷著激動的心情，決定沖一沖PNAS。畢竟，這是史無前例的發現。

2022年年底，團隊已經基本完成數據的采集工作，今年初又補做了一些實驗。文章經過兩個多月的打磨，終于在4月19日投出。

這篇承載著諸多期許的文章一經投出，陳凱的一顆心就再也沒有安穩過。他天天查看文章的實時狀態，當看到被送審時，緊繃的神經終于稍微松快了一些。“我研究過別人投頂刊的經驗，像PNAS送審的概率大約是10%，只要送審了希望就很大。”

投稿一個月后，團隊收到了兩位審稿人比較正面的意見，這相當于成功了一半。兩位審稿人都認為這項研究很有意思，并提出了一個相同的問題：通過遺傳轉化把3個基因導入蠶體內發生反應，在表達甜菜紅素后，是否會影響蠶的健康生長、正常孵化，對蠶本身是有益還是有害？

為了回答審稿人的疑問，團隊補充做了一些實驗，捕捉到表達甜菜紅素的蠶更加抗餓。針對生長影響的問題，他們又補充做了相關實驗，統計了蠶的生長曲線、孵化率。得出的結論是，表達甜菜紅素的蠶完全可以健康生長和正常孵化。

審稿意見回復發出后，審稿人都比較滿意。這篇論文僅用了2個月時間，在6月27日就被提示接收。這是陳凱投稿最順暢的一次，他認為有一定的運氣加持。

回想起自己寫人生第一篇論文時，無論寫稿、投稿都是舉步維艱。“最后拿去讓師姐和導師看的時候，都感覺寫得像垃圾一樣，后面又花了很多精力，改了半年左右才投稿。我只能自我寬慰，做科研沒捷徑，而且自己也不是天才，這些困難都是必經之路。”

為了不受困于英語表達，在寫作上拖后腿，陳凱埋進了一堆堆的文獻里，模仿別人的遣詞造句和行文邏輯。日復一日練習，第二篇、第三篇……越寫越順手，這條溝壑終于成功邁過。

對他來說，這篇發表在PNAS上的文章，既是一份滿意的答卷，也是一個嶄新的開始。

譚安江團隊

如果有機會，想去更廣大的天地開闊眼界

陳凱與蠶結緣于2015年。從西北工業大學本科畢業的他，考到中國科學院分子植物科學卓越創新中心碩博連讀。剛到實驗室，他的第一件事就是學養蠶。

最初，看著那些以果蠅為模式動物的同行們，陳凱總是投出羨慕的目光。比起養蠶，養果蠅更輕松些，果蠅相對比較“皮實”，放置半個月不聞不問也無大礙，而且生長周期很短，有利于提高研究效率。

蠶可“嬌貴”得很。比如，當蠶處于幼年時，所用的桑葉要非常嫩，當長大一點兒則需要用老一點兒的桑葉；當蠶在蛻皮時，需要讓它所處的環境保持干燥。養蠶可是一門精細活。

“每天得喂兩次，早上去實驗室，自己還餓著肚子，卻先惦記著喂蠶。”陳凱說，有一次去蘇州玩，早上出發前到實驗室喂了蠶，玩了一圈晚上再趕回來喂第二頓。

若碰上出差，陳凱只能將這些“心上蠶”交由學生照料。但有些學生因為經驗不足，養死了一批，令他很是心疼。因為蠶的生長周期相對較長，失去一批很影響研究進度。所以，能親力親為的事情，陳凱都不愿假手他人，至今依然如此。

一向做事細致的他，已然練就了能馬上識別蠶是否有異樣的“火眼金睛”，通過看就能判斷蠶是否感染細菌或病毒。他笑著說，可能這輩子都要跟蠶打交道了。

陳凱一直認為自己并非天賦異稟的人，更多靠的是重復積累經驗。他曾經也有過一陣難熬的階段。“在讀博第二年下學期開始，我很想做出成績，但基本毫無進展，心里有些著急，因為所剩的時間不多了，于是開始瘋狂做實驗。那段時間經常從早上七八點一直干到凌晨兩三點。”

主要做什么呢？就是反復練習顯微注射，這是今后研究中每一次做轉基因都要用到的基本技能。

顯微注射雖然很基礎，但是對剛入門的人來說比較困難。按每天要注射10個基因、每個轉基因要打500粒卵來算，也就是每天要注射5000粒卵，如此大的工程，非常耗時耗力。

雖然過程很單一，每天都在機械地重復，但陳凱從不應付了事，他說自己是靠著內驅動力撐下來的。無論是培養基礎技能，還是去天馬行空地搞創新，人的心理素質一定要好，要學會樂觀積極面對。

“壓力肯定有，各行各業都有壓力，只要你想做得更好，肯定要付出更多的精力和代價。雖然來到高校任職相對比較自由，但我現在除了吃飯、睡覺外，基本都‘泡’在實驗室，科研作息還是和在研究所時一樣，已經習慣了。”陳凱說。

陳凱心里還埋藏著一件憾事，博士畢業那年正逢新冠疫情，他失去了出國做博士后的機會。“老在一個地方待著，眼界會受限。如果有可能，我還是想到更廣的天地去學習，讓科學研究碰撞出更多的火花。”

相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2306322120