斯里塔玛·巴德拉:“一旦你不再真正观察某件事物,你就不会再问它在做什么了。”
与植物科学家会面

斯里塔玛·巴德拉:“一旦你不再真正观察某件事物,你就不会再问它在做什么了。”

植物学一号采访了进化生物学家斯里塔玛·巴德拉博士,她对植物在适应和多样化过程中如何复制、重组和重塑其基因组非常感兴趣。

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您认识会喜欢这个的人吗?

植物种类繁多,植物学家也是如此!Botany One 的使命是传播有关植物世界的迷人故事,同时也向您介绍这些伟大故事背后的科学家。

今天,我们邀请到了捷克科学院植物研究所植物进化生态学研究组组长斯里塔玛·巴德拉博士。她是一位进化生物学家和细胞遗传学家,致力于研究一个根本性问题:为什么有些植物类群能够迅速进化成数百个物种,而它们的近亲却物种稀少?

巴德拉研究 基因组大小——细胞核内DNA的总量——以及 多倍体她研究的是多套染色体的存在。她探究这些基因组特征如何塑造植物谱系的演化:它们的性状如何演变,生长范围如何,传播范围如何,以及它们分化成新物种的难易程度。通过这项研究,她将单个细胞内的过程与跨越各大洲的进化模式联系起来。

巴德拉的科研生涯始于印度,之后她先后在中国和德国从事博士后研究,继续探索这些问题,最终在捷克共和国建立了她自己的研究团队。她的团队运用多种方法研究开花植物,包括显微镜、分子技术、植物标本收集和统计建模等。他们的研究也具有实际意义:了解哪些植物谱系能够快速适应气候变化,哪些谱系适应能力较弱,有助于识别特别容易受到气候变化影响的植物。除了科研工作之外,巴德拉还致力于促进学术界的性别平等。

你可以通过她的个人网站了解更多关于她的作品。 网页 并跟随她 LinkedIn.

是什么让您对植物产生了兴趣?

我父亲是植物学家,所以植物是我童年生活的一部分,也正因如此,我很容易对它们习以为常。然而,进化论才是学校生物课上最吸引我的地方。所有生物都起源于生命之树上的同一个祖先,所以植物和哺乳动物是近亲,相隔超过十亿年,你可以沿着进化树的分支往回追溯,探寻它们之间的联系。等我毕业的时候,我对植物的兴趣已经完全集中于此了。

本科学习让我彻底明白了这一点。我的主修科目是植物学,辅修动物学。因此,我同时学习这两门学科,它们之间的对比显而易见。动物似乎是精妙绝伦的构造,却又十分脆弱。一旦失去食物、水源或适宜的温度范围,它们就会死亡。而植物则显得格外顽强。它们能从墙壁中生长出来,能从烧焦的树桩中复活,即使被拦腰截断也能存活,还能在大多数动物一天之内就会丧命的恶劣环境下生存下来,而且无处可逃。

植物的构造方式使它们能够做到这一点。我当时就想知道那是什么。现在我仍然想知道。

是什么促使您追求当前的研究领域?

我的博士论文研究的是印度姜种的染色体、基因组和遗传变异,这让我一直心存疑虑。我研究的是真实细胞中的真实变异,染色体数目、倍性、基因组大小在近亲之间都存在差异。这显然应该对这些谱系的演化产生影响。然而,细胞遗传学和宏观进化论很少在我感兴趣的尺度上交汇。基因组的描述往往极其详尽,但每次只涉及少数物种;而物种多样化的解释则着眼于整个系统发育树,却从未探究基因组的大小和结构是否真的重要。

当两者交汇时,这条线直接从基因组大小或倍性延伸到物种多样化或分布。中间环节缺失了。基因组本身并不能产生新物种。相反,它改变了植物可以进化的性状,而这些性状决定了谱系的生存范围以及是否会分化。忽略中间环节就如同只测试链条的两端,而忽略了中间部分。

弥合这一差距正是我博士后研究期间的工作重点,也是我的团队目前仍在努力的方向。单靠细胞遗传学无法做到这一点,单靠建模也无法做到。

苦姜的染色体板(姜(Zingiber zerumbet)。 照片由 Sreetama Bhadra 拍摄。

我最喜欢的部分是,当庞大而杂乱的数据集开始揭示出一个故事,而我一直试图解决的谜题也开始迎刃而解时。令人满足的是,这些谜题并非新奇。自从有了文字记录,人们就开始描述和分类植物。细胞遗传学家记录染色体数目和基因组大小也已超过一个世纪。但过去不可能同时检验这些数据对成千上万个物种的意义。而我得以处理数百人几个世纪以来积累的数据,有时,答案会突然出现,而这却是他们任何一个人都无法独自找到的。

另一部分是学生。欧洲的学术领导层仍然相当单一,我知道自己是个例外。学生们也注意到了这一点,而代表性至关重要。当有与你背景相似的人已经走过这条路时,就更容易想象出这条路。所以我以正式和非正式的方式指导学生,而且不仅限于女性。我的很多工作都是在告诉大家,困难的事情对每个人来说都很困难,失败的实验、未获批准的资助和被拒的论文远远多于成功的,不确定性并不意味着他们做出了错误的选择。

照片由 Sreetama Bhadra 拍摄。

有哪些特定的植物或物种引起了您的研究兴趣或启发?如果是这样,它们是什么以及为什么?

两个,分别代表了我职业生涯的两端。我最初研究的是姜科植物,它们教会了我不要轻信既定的预期。它们的染色体极其微小,要将单个细胞展开到足够清晰的程度,以便计数染色体并观察其结构,可能需要数天甚至数周的时间。而且,即使你最终获得了一个细胞,其染色体数目也难以捉摸:近亲的染色体数目竟然各不相同。正是这种不规则性促使我开始探寻其中的奥秘,而姜科植物也从未停止过带给我惊喜。

棕榈科植物出现得较晚,原因几乎恰恰相反。它们是一个庞大而古老的热带植物科,其特征、分布和系统发育都得到了异常详尽的记录。这使得它们成为极少数可以针对整个科提出基因组规模问题并期待得到真正答案的类群之一。此外,人们自认为已经很了解棕榈科植物,几乎每张热带明信片上都能看到它们的身影。令人欣慰的是,我们发现这些熟悉的植物中仍然存在着尚未解答的问题。

您能否分享您工作中的一段经历或轶事,这些经历或轶事在您的职业生涯中留下了深刻的印象,并重申了您对植物的迷恋?

攻读博士学位期间,我花了大量时间计数生姜中的染色体。压碎根尖,染色,然后在显微镜前坐上几个小时,直到细胞配合计数,这是一项缓慢而枯燥的工作。 姜黄 尤其是,植物会出现奇数个、多余的组,或者明显不完整的组。

姜黄本身是一种不育的三倍体植物,拥有三套染色体而非两套,总共63条。这对动物来说是致命的。但姜黄通过根茎繁殖,因此有性繁殖对它们来说原本就不是必需的,而且无序的基因组几乎不会造成任何损失。这并非克隆植物所独有。现存的每一种开花植物都至少起源于其历史上的一次全基因组复制。

这种耐受力并非奇特之处。我认为,这正是植物能够挺过那些几乎灭绝许多动物谱系的灾难性事件的原因之一。植物的种子发芽地点是固定的,因此它们必须具备适应性,而复制或重组基因组正是它们实现这种适应性的方式之一。我现在想知道的是,这种适应性是否存在速度限制,以及当前气候变化的速度是否正在迫使植物突破这种限制。

分离的芽细胞核的显微照片 高山阿尔卑斯 (姜科)扫描电子显微镜图像。照片由 Abhishek Sadhu 拍摄。

您会给考虑从事植物生物学职业的年轻科学家什么建议?

如果你的人生道路与别人的截然不同,也无需担心。我的道路也比我最初预想的更加频繁地穿梭于不同的国家、研究所和研究方法之间,从显微镜到温室再到命令行。唯一不变的是那个问题:基因组究竟能赋予植物怎样的潜能?

植物生物学涵盖面极广,几乎可以满足你任何兴趣。它包括分类学、基因组学、生态学、进化论、保护生物学、农业、入侵生物学等等。你可以尝试野外考察、实验室研究、建模,或者三者兼而有之。但要找到真正吸引你的问题,而不是那些听起来很厉害的问题,因为只有真正让你感兴趣的问题才能支撑你克服各种研究方向和方法上的转变。

你不需要一开始就什么都懂。我是在博士毕业很久之后才开始学习建模的,那段时间确实不太适应。大多数人的职业生涯都是由意想不到的问题、偶然的合作以及相当程度的坚持不懈建立起来的。所以,要不断问自己真正感兴趣的问题,学习解答这些问题所需的工具,并且不要害怕寻求建议。那些在某个领域工作了几十年的人通常都乐于分享他们的经验。

人们通常对植物有什么误解?

人们把植物当作背景,一旦你不再真正观察某物,你就不会再去问它在做什么。

其结果之一是,我们常常把静止误认为不活动。植物和我们一样,生活在群落中,它们彼此竞争、合作,并且随着时间的推移,群落组成也在不断变化。这种活跃性贯穿整个生态系统。植物会复制整个基因组,获得或丢失染色体,并以大多数动物无法生存的方式进行杂交。而且,这个群落绝不仅仅局限于植物:它延伸到土壤,延伸到与它们进行物质交换的微生物,并延伸到它们所养育的动物。这一切从外部都无法直接观察到,也正因如此,它们常常被忽视。

另一种误解是,我们往往把绿色与健康联系起来。修剪整齐的草坪、一排排修剪过的观赏灌木,或者一片单一作物的田地,看起来绿意盎然、整洁美观,但它们所承载的生命远比表面看起来要少得多。我们已经习惯性地将植物覆盖视为环境健康的标志,而实际上,我们看到的往往只是迎合人类审美而排列的植物,除此之外别无其他。

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作者

Carlos A. Ordóñez-Parra

卡洛斯(他/他)是巴西米纳斯吉拉斯联邦大学的哥伦比亚籍博士候选人。他目前担任《植物学一号》(Botany One)的编辑和国际种子科学学会的通讯官员。您可以在@caordonezparra.bksy.social上关注他。

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