董爱武：探秘植物基因表达调控

本刊记者  雷紫祯

    因为单纯地梦想成为居里夫人一样的科学家，她在求学道路上执着奋进；因为单纯地热爱看似枯燥实则趣味无穷的科研工作，她在一方实验室里孜孜以求；因为单纯地想为院系的发展做点事情，她在工作岗位上默默付出；因为单纯地希望家庭幸福快乐，她在工作之余对孩子和老人悉心照料。她就是复旦大学生命科学学院生物化学系董爱武教授：一位爱科研、爱工作、爱生活的女学者。

天生我材做学问

    董爱武教授1970年出生于吉林省，从小学习成绩优异，尤其喜爱生物和化学。然而高考那年，梦想考上北大生化系的她由于招生政策有变，最终与北大失之交臂，被吉林大学录取。尽管没有刻意选择走上科研的道路，但始终勤奋好学的董爱武似乎懵懵懂懂又注定在知识的殿堂里一步一个脚印地徐徐前行，大学毕业后，她终于还是考上了北大的研究生，专业依然是生物化学专业，天资聪明的她在求学中就这样不知不觉成了20世纪九十年代的高级知识分子。

    学业有成的同时，董爱武也收获了爱情和家庭，因此虽然很多同学选择出国深造，她则在研究生毕业之后追随先生来到了上海，进入复旦大学工作，并于1999年开始攻读生物化学专业的在职博士研究生。博士期间，尤其分别在1999年、2001年和2003年到法国科学研究中心植物分子生物学研究所作访问学者，她找到了做科研的感觉和兴趣。从此，董爱武确认了自己主要的研究方向，即利用生物化学、分子生物学、细胞生物学、遗传学等方法研究植物细胞分裂和生长发育过程中的表观遗传调控机制。

    然而，在董爱武教授自己看来，她是勤奋的人，更是幸运的人。1999年，还是讲师的她就获得了国家自然科学基金面上项目“具有可插膜结构的新型钙调素类似蛋白的结构与功能研究”的资助，在当时，教授和副教授都很难获得自然科学基金项目的资助，因此这个项目对董爱武教授影响颇深，不但鼓舞了她做科研的信心，也激发了她做科研的热情。在接下来的几年里，她又陆续主持了自然科学基金青年基金项目“与细胞周期相关的核小体组装蛋白的功能研究”、上海市启明星计划资助项目“水稻中与染色质结构相关的功能蛋白的研究”、教育部优秀青年教师资助计划项目“水稻核小体组装蛋白的功能研究”、上海市科委重点项目“植物组蛋白分子伴侣NAP家族的功能研究”、中法合作项目“植物发育信号途径中的表观遗传学机制”、自然科学基金面上项目“植物核小体组装蛋白的功能研究”等。在从事课题研究的过程中，董爱武教授乐在其中，也硕果累累，并得到学校和国家的充分肯定，2003年被评为上海市青年科技启明星和教育部优秀青年教师，2007年获得中国青年女科学家，这些荣誉让董爱武教授感到意外，同时也备受鼓舞。

探秘植物基因表达调控

    了解植物的生命过程、寻找方法来控制和改变植物的生命特征，并通过对植物生长发育的基础探索，最终可促进农作物的高质高产，这正是董爱武教授的研究内容和宗旨。依托于多项研究课题，董爱武教授对组蛋白分子伴侣对染色质结构的影响、组蛋白甲基化修饰对基因表达的调控等进行深入研究，并取得了一系列实质成果。

在组蛋白分子伴侣对染色质结构的影响研究方面，董爱武教授与法国学者沈文辉教授开展了长期的合作研究。真核生物DNA的复制、转录与修复一直伴随着核小体的组装/去组装过程，该过程需要依赖核小体（染色质）组装蛋白的帮助，这类蛋白质又被称为组蛋白分子伴侣。根据与组蛋白(H3-H4)2四聚体和H2A-H2B二聚体亲和力的不同，组蛋白分子伴侣被分为两类： H2A-H2B组蛋白分子伴侣主要有NAP1、 FACT等，H3-H4组蛋白分子伴侣主要有CAF-1、HIRA、ASF1等。董爱武教授实验室的研究发现：NAP1与微管蛋白和细胞周期蛋白相互作用影响细胞分裂；NAP1家族蛋白通过调节基因表达参与DNA的修复过程以及参与植物的非生物逆境过程；NAP1相关蛋白NRP在植物根发育过程中具有重要作用；ASF1参与DNA复制及损伤修复，影响植物的多个发育过程。相关研究成果在Planta、Plant Physiology、Plant Cell、Plant Journal等学术期刊发表。

    在组蛋白甲基化修饰对基因表达的调控方面，作为染色质基本单位—核小体的核心组成部分，组蛋白存在多种修饰如乙酰化、甲基化、磷酸化、泛素化等，这些修饰的排列组合就形成了组蛋白密码。组蛋白密码可以被一些特殊的调节蛋白质或蛋白质复合物所识别进而指导下游的生命活动，包括DNA的转录、复制和修复等。在此方面，董爱武教授实验室对水稻中Su(var) 家族的三个成员SDG704、 SDG706和SDG714的初步研究发现仅有SDG714在体外活性检测中具有H3K9甲基转移酶活性；这三个蛋白在细胞分裂的间期均定位于细胞核，但在细胞分裂期，SDG704和 SDG714表现出与染色体结合的特性。董爱武教授课题组发现水稻SDG725具有H3K36专一性的甲基转移酶活性。缺失SDG725的水稻突变体表型多效，主要表现为植株矮小、剑叶夹角和种子变小等油菜素内酯(BR)缺乏的典型特征。在sdg725突变体中，大量与植物生长发育相关的基因在转录水平上发生改变，其中包括BR合成途径及信号传导途径的基因D11、BRI1和BU1。实验表明：在sdg725突变体中，D11、BRI1和BU1基因上的H3K36的双甲基化和三甲基化程度下降，同时SDG725蛋白在这些基因上的结合也明显减少，表明SDG725可以通过结合特定靶基因并对其进行组蛋白H3K36甲基化，进而促进目的基因的表达来影响水稻的生长发育。后续的研究发现SDG725还可以通过调节开花基因的表达来调控水稻的开花时间。相关研究成果在Plant Science、Molecular Plant、Plant Journal等学术期刊发表。

    目前董爱武教授课题组围绕植物表观遗传学在以下两个方面展开：组蛋白分子伴侣和染色质重塑因子对染色质高级结构的影响及其在植物生长发育中的作用；组蛋白甲基化修饰及其识别对重要功能基因表达的调控及其在植物生长发育中的作用。

甘当铺路人

    随着教学和科研工作的推进，董爱武教授也从助教、讲师、副教授提升为现在的教授和系主任。然而，采访中董爱武教授也表达了近几年在科研工作中遇到的困难，包括基础研究获得持续性经费资助、新知识和新技术的快速更新、科研工作与行政事务的平衡等多方面的挑战。

    近年来，由于生命科学学院发展迅速，教学、科研和人才引进方面都有了长足的扩展，目前董爱武教授担任系主任的生物化学系已有10位教授，包括、2名“千人计划”教授、4名 “青年千人计划”学者等。在董爱武教授看来，这个团队在一起，大家既是同事更是朋友，为了配合学院的工作，她承担了一些行政工作，做科研的时间和精力减少很多，可谓是一种无奈和遗憾，但她也常常安慰自己：在什么岗位就做好什么工作，一切尽力而为。

    在青年教师的培养方面，董爱武教授更是煞费苦心。不但在研究方向上指引带路，更关注他们的思想波动，为了调动年轻人的积极性和科研热情，她经常找他们谈话交流，为他们提供重要课题的参与机会，为年轻学者的成长搭建良好的发展平台。从董爱武教授平凡却充满奉献精神的点点事迹上，我们看到的是作为一名优秀教师的努力与坚持。