本期「遇见实验室」我们一起走进清华大学生命科学学院方晓峰课题组。其主要研究方向是利用多学科手段探索相分离在植物生长发育和应对胁迫过程中的作用及机制。方晓峰博士在相分离这一前沿领域取得的一系列发现，令世人对植物抗逆有了更深的认知，对许多重大生物学问题的理解也更进一步。

相分离拓展植物研究新方向

人类认识和利用植物的历史要追溯到史前时代，早在 7000 年前，中华民族的祖先就从禾本科植物中培育出黍、稷、水稻等重要农作物。时至今日，人们仍在衣、食、住、行和医药等方面广泛应用植物资源。

在方晓峰博士看来，植物的「无私友好」对于塑造人类社会的今天发挥了关键作用，这是他选择植物学作为研究方向的重要原因。他表示，在进行植物遗传学的实验中，需要通过诱变获得各种各样的突变体。在某种程度上讲，这是植物在牺牲自己，来告诉人类关于生命的种种奥秘。

另外，植物拥有一些人和动物不具备的特质，这一点也深深吸引着他。比如，在自然界中，植物并非总是处在适宜的生境里，气候条件和地理位置的差异以及人类活动造成的生境变化，往往会超出了植物维持正常生长发育的范围。植物要在这么复杂多变的环境当中生存，它又不能逃避，所以就需要拥有非常精细复杂的抗逆机制来加以应对。

方晓峰课题组近年来在植物相分离领域做出许多重要发现。他介绍说，相分离是生物学领域前沿和热点的研究方向之一。2008 年马普研究所的科学家 Anthony Hyman 和他的博士后 Cliff Brangwynne 从线虫细胞中的一类叫 P granule 的结构出发，首次证明这些 granule 是蛋白质发生相分离后形成的液滴，并开拓了一个新的研究方向。

在过去 5～10 年中，相分离研究快速发展，并于 2018 年被 Science 评为 2018 年十大科学突破之一。越来越多的证据表明，相分离与很多重要的基础生命活动密切相关，在基因表达调控、细胞分裂、信号转导、胁迫响应、细胞骨架、超分子组装等方面发挥了重要的生物学功能。

相分离研究揭示植物抗逆新机制

方晓峰博士与相分离结识始于在英国 John Innes Centre 进行博士后研究期间。他在 Caroline Dean 实验室开展课题探索的过程中，观察到蛋白形成凝聚体的现象，于是在与导师的讨论过程中开始了解相分离这个现象。

他坦陈，在开始的时候，理解相分离这一过程并不容易，因为它涉及到很多物理和化学的知识。经过一番艰苦努力和一系列实验证实，拟南芥 coiled-coil 蛋白 FLL2 介导 RNA 3' 末端加工因子的相分离，从而促进特定基因的 3' 末端形成。这一结果最终发表在 2019 年 5 月出版的 Nature 杂志上。

方晓峰博士介绍说，从物理化学的角度讲，相分离可以视作一种受外界环境影响后，细胞降低系统能量，使之趋向稳定的过程。他随即设想，细胞内生物大分子的相分离有可能是细胞感知外界环境变化的重要方式，或许可为理解植物抗逆提供一个新颖的角度，于是在回国建立实验室后便将其作为课题组的主攻方向。

此前，学术界更多关注外界信号如何被细胞表面受体所识别。方晓峰博士另辟蹊径，开始建立体系来寻找胞内受胁迫刺激发生相分离的蛋白。课题组最近发表于 Nature Chemical Biology 的研究发现，细胞核内的一个转录调控蛋白可以感知到渗透胁迫引起的细胞内拥挤程度的变化，并通过相分离将信号传递至下游，引起相关基因表达的变化。他特别提到，由于该蛋白在植物的各个物种中很保守，提示这种机制在植物中或许具有普遍意义。

除了干旱引起的渗透胁迫外，方晓峰课题组还在关注高温胁迫。二者都是威胁粮食安全的重要因素。他表示，植物感受热的机制目前还不清楚。最近课题组开展的一项研究发现，细胞质内存在一个高度无序、无固定结构的蛋白 FUST1，能够直接感知到大约 35 度以上的温度，通过发生相分离，然后组装应激颗粒，从而帮助细胞应对高温胁迫。这项工作目前接近要投稿的状态，希望在不远的将来能够发表出来。

大学科交叉探索重大生物学问题

当下，方晓峰博士与其合作者仍在深入开展植物抗逆中的相分离研究。他认为，在其他抗逆环境中，如温度、机械压力等，也一定会有相应的胞内蛋白发生相分离，来感知这些外界信号的变化，希望进一步通过对相分离的深入探索为植物抗逆研究打开新思路。

不仅如此，方晓峰博士从对相分离的研究中感受到，随着科学技术的进步，生物学研究正在从定性研究向定量研究迈进。

他介绍道，过去的研究都在揭示和描述生物学过程，分子机制研究其实也不例外。再继续深入下去，就会涉及到原子乃至量子，这就需要其他学科参与进来。以相分离研究为例，在物理、化学及数学手段的帮助下，才能更好理解相分离响应环境变化的机制，因此推动大学科交叉在如今的生物学研究中具有重要意义。

突破旧有框架向更高更远迈进

在谈及自己的科研感悟时，方晓峰博士特别分享了与自己的博士导师戚益军教授对谈的经历。戚教授认为，他们那一代科学家受到的科研训练相对有限，因此突破现有理论框架面临较大困难。而后辈科学家科研训练条件更好，视野更广阔，做出突破性成果的可能性更高。

「潜精研思，矢志不移」，这句箴言可谓方晓峰团队从事相分离研究的真实写照。从观察蛋白细胞定位时灵光一现，到开创抗逆研究的新颖视角，期间走过的追光之旅尽管坎坷崎岖，但却收获了道路两旁的靓丽的风景以及抵达顶峰时的无限风光。

在方晓峰博士看来，科研是一场艰难且有趣的修行，一路走来只有不停地往里钻，才能真正享受到科学的乐趣。科研也是一段厚积薄发的沉淀，日积月累的添砖加瓦终将筑成巍峨的科学丰碑。科研还需要高性能仪器设备的助力与支撑，Eppendorf 自 2003 年在上海设立第一个办事处以来，长期专注于实验室仪器的研发和用户服务，既为其快速发展奠定了坚实基础，也为科研工作的行稳致远提供了鼎力支持。

穷且益坚，不息前行，方达彼岸。

积土成山，滴水穿石，终可功成。

科研的意义不仅在于途中风景，更在于成长的每一步，这需要时间的沉淀和价值的积累。所以总有人甘愿一生坚守，只为那一刹真理的光明，这便是科研的真谛, 也是人生的真谛。