彩色种子、淀粉样蛋白和共生体： 伊戈尔•季霍诺维奇谈圣大科学家在遗传学领域的成就

俄罗斯科学院院士、瓦维洛夫遗传学家和育种者协会主席、圣大生物学系主任伊戈尔·阿纳托利耶维奇·季霍诺维奇近日为我们讲述，圣彼得堡国立大学的科学家们在遗传学领域取得了哪些成功，为什么转基因不可怕，以及未来几年这门科学的哪些方向会出现旺盛需求。

伊戈尔·阿纳托利耶维奇，为什么全世界的生物学家们都专注于获取基因数据？生物学是否不再是一门定性科学，而变成了定量科学？

遗传学从发端起，也就是孟德尔注意到存在相当简单的数学公式来描述遗传的时候，就是一门精确科学。所以我们可以自信地说，遗传学早在当时就已经在使用定量数据了。比方说，个体之间的差异可以通过表型来描述——眼睛的颜色、鼻子的形状或脸的形状，也可以评估其遗传信息的差异并计算其核苷酸数量的差异。因此，遗传学越深入生物学，生物学本身就越成为一门精确科学。没有遗传学，几乎当今所有生物学分支的发展都不可能取得发展，因此来自各个领域的生物学家都在关注它。

圣大科学家进行基因研究多久了？

圣彼得堡国立大学是俄罗斯遗传学的发源地。1919 年，俄罗斯第一个遗传学教研室就是在这里成立的，从那时起，这门科学一直是大学的优先事项之一。即使在遗传学被禁止的年代，教研室仍在继续教授课程，尽管使用了一个加密代号——“孟德尔主义-摩根主义批判”。尽管存在这些困难，大学的教师们还是成功培养出了一批杰出的科学家。只需提及一个名字便足够——谢尔盖· 格奥尔吉耶维奇·英格-魏契托莫夫（Сергей Георгиевич ИнгеВечтомов），俄罗斯科学院院士、生物科学博士、圣彼得堡国立大学名誉教授。遗传学的复兴始于米哈伊尔·叶菲莫维奇·洛巴绍夫 （Михаил Ефимович Лобашев） 的工作，他于 1963 年出版了多年来第一本遗传学教科书。从那时起直到今天，圣彼得堡大学的遗传学一直处于第一梯队水平。

当下，圣大还在该研究领域开展了哪些研究？

现在大学里有很多有趣的基因研究，我只列举其中几个。例如，研究朊病毒和蛋白质折叠方法。众所周知，包括阿尔茨海默氏症和帕金森氏症在内的许多疾病都与人脑中形成非典型蛋白质折叠有关——这会形成在结构和属性上处于稳定的链。它们使脑细胞破裂，人会首先失去认知能力，然后逐渐衰亡。到目前为止还没有治愈这些疾病的方法，但今天科学家们已弄清这些严重神经退行性疾病的病因是朊病毒——这是一种淀粉样蛋白，其蛋白质已经失去了正常凝固的能力，并开始变成能够感染其他所有蛋白质的链。有趣的是，圣彼得堡国立大学遗传与生物技术教研室的研究人员不久前首次在健康大脑中发现了一种功能性淀粉样蛋白，这表明我们仍然需要这种不寻常的蛋白质形式。更好地了解淀粉样蛋白在健康生物体中的功能可以帮助我们找到治愈病人的方法。

近年来，不仅在动物身上发现了淀粉样蛋白，在细菌、古细菌甚至真菌中也发现了淀粉样蛋白……

是这样的。而且圣大科学家们还证明了植物也具有淀粉样蛋白。这项研究由遗传与生物技术教研室副教授、谢尔盖·英格-魏契托莫夫教授的学生安东·尼日尼科夫（Антон Нижников）进行。顺便说一句，1997 年因对这类链的研究而获得诺贝尔奖的美国科学家斯坦利·普鲁齐纳（Stanley Pruziner）援引了谢尔盖·英格-魏契托莫夫和他门生的论著。

安东·尼日尼科夫和同事们发现，淀粉样蛋白也是种子的特征。很可能大自然发明了这种储存蛋白质的方式，包括用它来长时间保存种子。这可以为未来的机体储存蛋白质，用于为种子发芽提供营养。研究成果发表在著名的学术期刊《PLOS Biology》上。迄今为止，还没有人在养分吸收质量的水平上研究植物育种。我认为，真正的工作从现在开始，将找出是否有可能改变营养价值，以及这项工作具有怎样的意义。已经很明确的是，种子的营养价值会发生变化，也许某些作物会变得更容易被生物体吸收。

除了创造具有超级营养的品种之外，圣大科学家们的研究还能如何应用于农业？

圣大教授柳德米拉·卢托娃（Людмила Лутова）也积极参与植物遗传学研究。特别的是，她成功识别出几个决定作物结构特征的新基因及其调控因子。例如，有调节肽——CLE 肽，它们负责在植物中复制遗传信息。柳德米拉·卢托娃与同事发现，某些 CLE 肽专门决定萝卜是否会有块根。所以，如果增加这些蛋白质分子的浓度，那么就会形成块根，或者形成一定的形状。

同样有充分的理由相信，块茎的发育也是通过分生组织（保证植物质量持续增加的组织）的形成而发生。这里是新细胞形成的地方，重要的是要追踪它们的数量和形态，以便满足植物生长的需求。由于光合作用的产物，每株豆科植物都可以供养一定数量的根瘤分生组织（植物在其帮助下获取氮）。如果根瘤分生组织变多，那么植物将无法供养它们；如果它们变少，则固氮不足。这样的研究发现让我们有理由相信，新的植物育种技术将会出现，并用于下一代育种的发展。

这些工作还被纳入“未来农业技术”世界级科学中心的研究当中，该中心由圣彼得堡国立大学和该领域的其他六个俄罗斯领军科学机构共同创建。科学中心的工作可以进一步为圣大发展新的研究方向——即农业，它与医学一起被视为现代生物学的基础。这些研究的进展是圣大校长尼古拉·米哈伊洛维奇·克罗帕切夫（Николай Михайлович Кропачев）的功劳，他支持在大学开创这一研究方向。没有顶层支持，很难开发出一些东西，尤其是系统性的。

基因研究将如何为联盟的目标做出贡献？

现在对我们来说重要的是，首先在联盟内部建立联系，使其不仅仅是单个研究的集合，而是共同协作。最近的研究领域之一是黑麦育种的新技术。研究人员首次注意到黄酮类化合物的成分——它们是种子的次生代谢物，除此以外还会决定种子的颜色。您可能已经注意到黑麦的种子有白色、绿色、红色或紫色。黄酮类化合物还决定了许多与人体机体相关的特性。例如，通过调整黄酮类化合物的组成，有可能创造出对人群具有一定预防或治疗作用的功能性食物。

转基因技术的发展，尤其是那些与植物相关的技术，如今常常被公众谨慎对待。科学家可以做些什么来对抗这些恐惧？

当我们谈论农业中的生物技术时，我们指的是基因工程和改进品种的特性，以及它们适应不同条件的能力。迄今为止，俄罗斯对基因工程活动产品的使用尚无科学依据。特别是，目前禁止使用转基因植物的种子，纯科学目的除外。然而，得益于古典大学的优势，我们正在与大学律师一起撰写若干建议，以完善现有的基因工程活动的法律（1996 年 7 月 5 日第 86-

ФЗ 号联邦法律《基因工程活动领域的国家管控》，2011 年 7 月 3 日修订）。

这项法律是在 1996 年通过的，当时基因工程的方法本身还没有那么强大和优雅。如今的情况则完全不同。例如，出现了“无缝”技术，在将新的遗传信息引入组织的过程中不会发生任何多余的事情。现在我们至少需要澄清名称表，定义基因工程生物是什么，基因组编辑是什么，并且需要立法。在医学方面，基因工程开发已经引入了很长时间——例如，现在很难想象一种非基因工程的胰岛素。但在农业方面，人们仍然对这些技术持谨慎态度。这些问题需要解决，由于现有立法，未来科学中心的许多先进成果的利用可能会很复杂。

仅仅完善立法，让人们不再害怕转基因产品就足够了吗？

除了完善立法外，还需要教育公众转基因不会危害人类健康。比方说，得益于圣大教授塔季扬娜·马特维耶娃（Татьяна Матвеева）的研究，证明在许多栽培作物中，天然转基因植物的数量比此前认为的要多得多。大自然创造的转基因生物名单，除了烟草、蟾蜍和甘薯之外，现在还包括核桃、花生、蔓越莓、啤酒花和茶叶的近亲。因此，基因工程不是人类的发现，而是正常的自然过程，没有什么可怕的。

您认为与遗传学研究相关的哪些职业在未来几年会大受欢迎？

首先是生物情报学——运用数学方法来处理遗传学和相关行业操作海量数据的专业人才。此外，最近出现了一个新的遗传学分支——共生遗传学。大学开设了有关该学科独特的课程。共生遗传学研究高等生物和低等生物在基因水平上的相互作用。在这种共同生活的伙伴——共生体之间，形成了一个统一的遗传系统，其实质是一种根据环境条件形成的新基因组。令人惊讶的是，植物能在数十亿种微生物中识别出它们所需要的微生物——这真是梦幻般的灵敏度！重要的是选择的是共生体，而不是病原体。

大学“植物分子生物学和农业生物技术”硕士专业项目的新型专业人才正在进行这方面的研究。专业项目每年培养十位毕业生。可惜的是，尽管社会对项目毕业生的需求非常高，但由于实践课的成本高，无法培养更多的专业人才。我们希望在新的世界级研究中心框架内，能够与急需现代遗传学人才的“别尔哥罗德”科学教育中心达成合作协议。我们的教师将参与别尔哥罗德国立研究大学的教学过程。

总之，俄国政府宣布设立的新型基因实验室，毫无疑问需要现代人才，而这些人才是当今严重紧缺的。因此我们需要解决的两个主要问题是：培养更多的专业人才，以及完善立法。