◎ 文/曹 莉

他是教授、博士、博士生导师，头顶安徽省合肥工业大学食品科学与工程学院学术委员会主任、生物科学系主任、《合肥工业大学学报》(自然科学版)编委头衔。

他是耕耘在生物科学领域的知名专家，先后承担过国家科学技术奖、国家自然科学基金委员会同行评议、教育部科技奖、教育部博士点及霍英东青年教师基金等多个评审任务。

他是专注科研事业的忠实探索者，攻破了多项生物科研难关，摘取到植物修复基因工程、食品生物技术、植物抗逆分子生物学等一枚枚饱含心血又引人注目的创新成果。

他叫曹树青，他所从事的科学研究真如他的名字一样，紧紧地与生命植物科学联系在一起，为探究出生命植物的内在特点和规律投入了常人难以想象的精力。他的科研，与其叫执著不如称之为搏杀。正是有了这种搏杀精神和行动，他在向生物科研深层次挺进时才不畏艰苦、砥砺前行，锤炼出在生物科技前沿挺立的精彩之身。

潜心科研,硕果芬芳——被主流媒体广泛关注的最新成果

2018年6月26日，国际著名期刊Cell子刊《细胞报告》发表了合肥工业大学食品科学与工程学院曹树青课题组与刘永胜课题组合作的研究论文“DFR1-mediated Inhibition of Proline Degradation Pathway Regulates Drought and Freezing Tolerance in Arabidopsis”。这一论文的发表，当即引起了《科技日报》、科学网、《中国科学报》、中国科技网、光明网、中国新闻网等主流媒体的连锁反应，纷纷进行个性化报道和细致解读。

笔者深入探究个中缘由得知，安徽省合肥工业大学食品科学与工程学院曹树青教授课题组与刘永胜教授课题组合作，发现脯氨酸代谢平衡与植物抗逆应答新机制，首次成功探明了功能性基因DFR1在植物面对恶劣环境时调节适应能力的机制，为提升农经作物抗冻抗旱能力开辟了新的理论路径。然而，这一关键性发现来之不易，真如我国现代著名作家冰心的诗句中描述的那样：“成功的花儿，人们只惊羡她现时的明艳！然而当初她的芽儿，浸透了奋斗的泪泉，洒遍了牺牲的血雨。”

曹教授和他的科研团队为探明功能性基因DFR1在植物面对恶劣环境时调节适应能力的机制，经历了成百上千次实验，失败了重来，再失败再重新开始……一次次不厌其烦地克隆试验该基因的功能，并在模式植物拟南芥中开展了系列研究，最终他们在研究中找到了DFR1通过调控植物细胞中重要的渗透压调节剂脯氨酸的代谢平衡来调节植物对逆境应答的新机制。

讲起实验经过时，曹教授难以掩饰内心的激动。他说，该研究首次发现并成功克隆了一个全新的未知功能 基 因 DFR1（Drought and Freezing Responsive 1），该基因编码一个线粒体蛋白，通过调控脯氨酸的动态平衡实现对各种环境胁迫的应答反应。DFR1的表达受干旱和低温的诱导。过量表达DFR1提高了拟南芥中脯氨酸的含量，同时提高了拟南芥对重度干旱和冷害的抗性；而在DFR1突变体中，脯氨酸含量降低，对干旱和冷害的抗性也随之降低。在干旱和冷害胁迫条件下，DFR1蛋白与脯氨酸降解途径上的两个关键酶PDH和P5CDH均发生相互作用并显著抑制这些酶的活性，从而阻断整个脯氨酸降解途径，使得逆境胁迫下脯氨酸的含量增加，进而增加植物对环境胁迫的耐受性。

这是一个有趣的实验：将模式植物置于干旱或低温环境后，DFR1基因的表达量立即急剧增加高达400倍，植物细胞中脯氨酸含量也随之升高50倍，并在恶劣环境中一直维持在较高水平。在该基因的调控作用下，DFR1过量表达植物对恶劣环境的耐受性大幅提高，在持续18天重度干旱或12小时-8℃冷冻处理条件下，其植株存活率较野生型提升3至4倍。同时，在拟南芥脱离恶劣环境后的3至6小时内，该基因表达量便急剧下降，导致PDH和P5CDH活性被快速释放，从而加速脯氨酸的降解，并恢复在恶劣环境中造成的细胞生理机能损伤。从中可以看出，在正常条件下DFR1基因的表达量很低以维持脯氨酸的稳态平衡；而在逆境胁迫条件下，DFR1基因的表达量急剧增加从而导致脯氨酸含量的升高和环境胁迫的耐受性的提高；在胁迫解除后，DFR1的表达量又急剧下降以释放PDH和P5CDH活性从而加速脯氨酸的降解和逆境胁迫损伤的恢复。

实验结果表明，DFR1基因不仅调控植物在重度胁迫下的存活率，也调控植物在中度胁迫下的生物量，而植物中脯氨酸这个娇小玲珑的调节剂十分的“娇气”，绝不能过多，过多积累会导致细胞生理机能受损，正常环境下模式植物拟南芥中该基因只有保持极低的表达量，才能维持脯氨酸的稳态平衡，实现植物对各种环境胁迫的应答反应，使得其在未来的农作物抗逆分子育种中具有极其重要的应用前景；此外，该基因在植物中具有高度保守性，意味着该机制可能是植物长期适应胁迫环境进化产生的抗逆应答机制。

无涯学海,磅礴前行——科研实践中不同凡响的“首次”

创新驱动是新时代的国策之一，面向科学前沿开展原始创新，已经成为科学家们义不容辞的责任。科技前沿的搏杀实际上就是一场充满硝烟弥漫的战斗，任何战斗只有胜利者才能高高地挥扬着胜利的旗帜。而每一个科技前沿首次创新的成果，也都是科学家们像士兵一样顽强搏杀的结果。

在曹教授多年的科研创新攻关实践中创造了很多个“首次”，发现DFR1调控植物抗逆应答新机制只是其中之一。首次揭示植物响应重金属镉胁迫过程中新的信号转导通路、首次克隆植物耐受重金属毒害的关键基因并阐明其作用机理，等等，都是曹教授最具代表性的原创性研究成果。

说起植物响应重金属镉胁迫过程中新的信号转导通路这一成果，曹教授是利用正向遗传学途径筛选和鉴定了一个拟南芥耐镉突变体xcd1-D，并克隆了其相应的基因MAN3，该基因编码一个1,4-糖苷水解酶。过量表达MAN3基因导致镉的耐受和积累，而MAN3基因功能缺失则该突变体表现出对镉敏感。镉胁迫诱导MAN3基因表达、增加甘露聚糖水解酶活性及甘露糖水平，从而激活谷胱甘肽依赖的植物螯合素合成途径上的相关基因协调表达，进而增加植物对镉积累和耐受。该成果发现了MAN3及其介导的甘露糖的新功能，这一首次重要发现于2014年10月20日在线发表在国际植物学著名期刊《新植物学家》后，即刻引起新华社、中国新闻网、科学网、人民网、光明网、中央人民广播电台、新浪网等10多家中央级媒体的广泛关注和报道，并荣获“2014年度合肥工业大学十大新闻”，同时入选《科学中国人》杂志创新之路、《科技中国》杂志英才、《科技文摘报》当代科技前沿、《科技成果管理与研究》当代科学人、《今日中国》中国力量、《中国科技网》科技追梦人、《科技日报》“两会”聚焦、《创新时代》重点推荐等期刊栏目，录入《引领中国的时代骄子》《领军人才与创新发展》《创新成果与卓越人物》《中国创新梦》等大型文献。他研究的植物修复基因工程及食品生物技术不仅有助于揭示植物耐受重金属毒害的分子机理，而且可为利用植物修复技术治理土壤中重金属污染提供新的基因资源并为从源头上控制农产品食品安全提供新的技术途径。

据了解，曹教授近年来主要从事植物修复基因工程、食品生物技术、植物抗逆分子生物学等方面研究，利用正向和反向遗传学途径，筛选鉴定了多个与非生物胁迫相关的功能基因，包括DFR1、ZAT6、MAN3等，并阐明了这些基因参与非生物胁迫响应调节的可能机理。先后在国内外权威和核心刊物上发表学术论文80余篇，其中在国际知名学术期刊Cell Reports、New Phytologist、Plant Physiology、Nature Communications、Plant, Cell &Environment、Journal of Experimental Botany等上发表SCI收录的论文30余篇，参与撰写973专著1部，有16项成果获得授权（或申请）国家发明专利，还获得2017年中国产学研合作创新奖、安徽省科技进步奖二等奖、同泽优秀园丁奖等奖项。