光塑本草新密码 叶撰岐黄济世方——记广州中医药大学药用植物生理生态研究所所长靳红磊教授
在生命科学探索的浩瀚星河中,总有追光者以智慧为舟、以执着为桨,在未知的领域破浪前行。广州中医药大学靳红磊教授便是其中的杰出代表。他深入植物光合作用的微观宇宙,致力破解光与药用成分合成的密码,用分子生物学技术揭开药材有效成分的神秘面纱,用基因编辑技术重塑着药用植物的遗传密码。他以植物叶绿体生物学为支点,撬动着整个药用植物研究领域的革新,在光合作用调控机理与生物技术领域取得了一系列突破,将现代生命科学技术深度融入中药创新发展,为解决中药材品种混杂、质量不稳等产业痛点提供了科学方案,为中医药的现代发展注入前沿科技的澎湃动力。
逐光而行:解码植物光合奥秘
科研之路,是一场与时间赛跑、向未知挑战的征程。靳红磊教授以“板凳甘坐十年冷”的定力,扎根植物叶绿体生物学与药用植物生物技术领域,将实验室里的精密数据转化为推动学科发展的理论基石,更将前沿科研成果播撒在产业实践的沃土中,让科学研究真正服务于社会发展。
在植物光保护机制研究领域,靳红磊取得了系统性突破。植物依赖光系统吸收光能进行光合作用,然而过量的光能却成为“负担”——当光能超出植物利用能力,将引发光系统损伤,导致光合效率下降甚至生长发育受阻。为破解这一生存困境,靳红磊团队系统揭示了植物构建的“防御-保护-修复”三重防线:叶片与叶绿体的避光运动构成第一道物理屏障;非光化学淬灭(NPQ)和环式电子传递等生化过程作为第二道防线,将多余光能转化为热能耗散;而当损伤无可避免时,第三道防线——光系统II(PSII)的精密修复机制立即启动,如同一个高效的分子修复车间。
在修复机制的核心地带,靳红磊团队鉴定出关键调控因子HHL1(超强光敏感蛋白1)。这一蛋白如同一位精准的光系统修复师,能加速受损PSII核心蛋白D1的更新轮转。2023年,团队更进一步发现HHL1与另一调控因子SOQ1协同作用,共同调节光能的热耗散过程(非光化学淬灭)。当他和团队构建hhl1soq1双突变体时,植物表现出异常升高的NPQ水平,揭示了二者在光保护中的协同与互补关系。这项发现首次将光系统的损伤修复与能量耗散两大保护途径连接起来,为理解植物光适应机制开辟全新视角。
更令人惊叹的是靳红磊团队对基因层级协同调控的揭示。2023年发表于Cell Reports的研究发现双定位蛋白CND1如同一位“基因组双重守卫”——在叶绿体中,它与DNA稳定蛋白WHY1协作维护叶绿体基因组完整;在细胞核内,它通过与DNA复制核心蛋白MCM4互作,确保细胞周期有序运行。当CND1功能缺失,植物叶片发育畸形、基因组稳定性全面崩溃。这一发现打破了细胞器与细胞核之间的研究壁垒,揭示了植物在亚细胞层面维持生命和谐的精密机制。
靳红磊团队对光保护机制的探索并未止步于蛋白质与基因组层面。2022年,他们在Nature Communications发表突破性发现:RNA表观遗传修饰m6A竟是植物应对强光的关键分子开关。当强光胁迫时,植物全局m6A修饰水平升高,其中写入器VIR蛋白直接结合光保护基因mRNA(如HHL1),维持其稳定性与翻译效率。一旦VIR缺失,植物在强光下迅速衰亡。这项研究首次将RNA修饰引入光合作用调控领域,为理解植物环境适应能力提供了全新维度。
经世致用:科研助力产业发展
十余年深耕,迄今为止,作为项目负责人,靳红磊现已主持国家自然科学基金优秀青年科学基金等项目10余项,在Nature Communications、PNAS、Molecular Plant、Plant Cell等顶级期刊发表论文40余篇,相关成果获广东省自然科学二等奖。
从光保护的分子机制到药用植物的品质调控,靳红磊的研究始终贯穿着一条清晰的主线:解码植物的生存智慧,赋能中医药的现代发展。他深谙科研的终极价值在于造福社会,他的团队不仅探索基础科学的前沿,更致力于将发现转化为提升药材品质的利器。在贵州关岭的中药材种植基地,团队的技术转化正在改变传统种植模式。这种“科研机构+龙头企业+种植基地”的模式,为中药材产业升级提供了可复制的范本。这些足迹印证着他秉持的理念,“科研成果要落到祖国大地上”。
近期,靳红磊团队在Plant Biotechnology Journal发表的研究,完美诠释了这一理念的科学内涵。以常用中药荆芥为对象,团队揭示了“光-m6A-药效成分”调控轴:强光促进荆芥中柠檬烯和胡薄荷酮积累,而黑暗环境大幅度提升薄荷酮含量。这种特异性调控的奥秘在于光强变化改变了单萜合成酶mRNA上的m6A修饰水平——黑暗显著提升关键酶基因PR的mRNA修饰,增强其稳定性,从而推动薄荷酮的生物合成。
当团队利用病毒载体沉默荆芥的m6A修饰酶基因时,柠檬烯、胡薄荷酮和薄荷酮含量全面上升。这一突破性发现意味着,通过精准调控RNA表观遗传修饰,可定向提升药用活性成分。该研究不仅为理解环境因子塑造药材品质提供了分子蓝图,更指明了遗传改良药用植物的全新技术路径。
在产学研融合的道路上,靳红磊展现出战略视野。他参与筹建的药用植物生理生态研究所,吸引了一批海内外优秀青年科学家,构建起从“组学解析-光合生理-代谢合成-遗传育种”的完整研究链条。研究所聚焦大宗药材和珍稀濒危物种,目标直指两个核心命题:解析环境适应机制以指导规范化种植,挖掘功能基因以培育优质新品种。这些工作正悄然改变中药材“只讲产区、不论品种”的传统困境,为中医药的标准化与现代化奠定科学根基。
坚守育人初心,传承科研薪火
作为博士生导师,教书育人、传承薪火也是靳红磊的责任,他将“博学、审问、慎思、明辨、笃行”的中庸智慧融入教学。他构建了“基础研究-技术创新-产业应用”的全链条培养体系。在《细胞生物学》课堂上,他通过细胞与社会的精妙类比,引导学生建立科学大局观,并将“立德树人”融入专业教学,通过前沿讲座、科研实践等方式,培养学生创新能力。这种言传身教,让爱国奉献的精神在学生心中深深扎根。近五年他指导的本科生项目中,4项获国家级创新创业资助、2项获省级攀登计划支持,1项获省挑战杯一等奖,形成了“产学研用”紧密结合的人才培养模式。
风劲帆满海天阔,奋楫扬帆齐争先。多年来,靳红磊的科研之路始终沿着一个清晰的方向延伸:用现代生命科学技术解读中医药的古老智慧。他在光保护机制与药用植物调控中的开拓性工作,为培育高光效、高品质药材提供了理论基石。他科研生涯的深层动力,就是让实验室的前沿发现,转化为高品质药材,最终服务于亿万民众的健康福祉。这种将基础研究与产业需求深度融合的创新模式,为中医药现代化提供了科学方案。
从实验室的精密仪器到田间地头的药用植物,从国际前沿的学术讲台到学生求知的课堂,靳红磊教授始终以科学家的执着探索未知,以教育者的情怀培育新人。他用行动诠释着“科研报国、立德树人”的初心使命,在科技创新与人才培养的征程中,持续书写着属于新时代科研工作者的辉煌篇章。未来,我们坚信,在他的引领下,更多科研新星将冉冉升起,为中医药事业振兴与科技创新发展注入磅礴力量。(文/王超)