王希胤,男,漢族,1972年4月出生,博士,教授,博士生導師,華北理工大學理學院院長,應用統計與大數據科學學科負責人。2005年畢業于北京大學生命科學學院,獲理學博士學位(生物信息學專業)。國家重點專項會評委員、國際棉花基因組專委會委員、中國生物工程學會生物信息專委會委員。在多個植物基因組測序的國際合作項目中任生物信息學/比較基因組學分析首席科學家; 在真核生物染色體數目減少理論、B染色體起源、多倍化對基因組功能形成和演化影響等方面做出了多項原創性成果;提出了植物基因組復雜性分析的金標準;主持國家自然科學基金5項、聯合基金1項、重點項目子課題1項、河北省自然科學基金杰青項目、百人計劃項目、教育廳新世紀創新人才項目。 入選遺傳學與分子生物學頂級科學家。主持國際動植物基因組大會“基因組特征與染色體功能”會場、第17屆國際植物學大會“植物基因組多倍化”會場。
主要從事生物信息學等方面的研究工作,主持國家自然科學基金5項、重點專項子課題1項,主持美國自然科學基金1項,省百人計劃,杰青項目,跨世紀人才項目等。在染色體數減少理論、B染色體起源、植物基因組結構和功能演化、植物多倍化等方面取得多項原創性成果,并提出復雜基因組分析金標準。開發軟件植物基因組分析軟件ColinearScan、MCScan,開發植物基因組加倍數據庫PGDD,年訪問量達千萬次。在國際一流學術雜志上發表學術論文90余篇,一作17篇,通訊作者30余篇,作為首席科學家之一在《科學》《自然》正刊發表的論文6篇,3篇任比較基因組學首席科學家,子刊發文9篇,其中4篇第一作者或通迅作者。所刊雜志平均影響因子 > 10;按Google Scholar所有文章他引萬次以上,平均他引數約200;兩篇進入ESI高被引千分之一,9篇進入1%。H-index 39。 二十余次擔任國際植物基因組測序合作項目中生物信息學或比較基因組學分析的首席科學家或研究組組長。
在染色體數減少理論、B染色體起源、植物基因組結構和功能演化、植物多倍化等方面取得多項原創性成果。二十余次擔任國際植物基因組測序合作項目中生物信息學或比較基因組學分析的首席科學家或研究組組長。在國際一流學術雜志上發表學術論文60余篇,一作17篇,通訊作者13篇,作為首席科學家之一發表的論文6篇,他引萬次以上,兩篇進入ESI高被引千分之一,9篇進入1%。H-index 32。開發軟件植物基因組分析軟件ColinearScan、MCScan,開發植物基因組加倍數據庫PGDD,年訪問量達千萬次;主持國際動植物基因組大會“基因組特征與染色體功能”會場(美國圣地亞哥2016-)、主持第17屆國際植物學大會“植物基因組多倍化”會場(中國深圳,2018) 。承辦中國生物工程學會計算生物學與生物信息學年會(2018), 組織基因組信息學鳳凰城論壇(2016, 2018)。
擔任學術雜志《American Journal of Molecular Biology》主編,擔任網絡版學術期刊《Frontier》編輯,擔任《Plant Cell》、《Genetics》、《New Phytologist》、《BMC Genomics》、《BMC Bioinformatics》等期刊及一些國際會議的審稿人。
教育經歷:
1995年大學畢業于吉林大學數學系,獲理學學士學位(數學);
2005年研究生畢業于北京大學生命科學學院,獲理學博士學位(生物化學與分子生物學專業,生物信息學方向)。
工作經歷:
1995年參加工作,任河北理工大學理學院助教;2000年晉升為講師,2006年晉升為副教授;
2008年晉升為特聘教授;2009晉升為教授;
2006-2017,曾在美國喬治亞大學工作(Postdoc/Assistant Research Scientist/Associate Research Scientist),后常做年度訪問研究。
2008年開始籌建河北理工(聯合)大學基因組學與計算生物學研究中心。
學術兼職:
1、中國生物工程學會生物信息學與計算生物學專委會委員。
2、河北省植物生物學會副會長。
3、河北省歐美同學會理事。
4、國際計算生物學學會會員(ISCB)
5、國際分子進化學會會員(SMBE);
6、國際棉花基因組專委會委員
7、中國生物工程學會生物信息專委會委員。
8、知名國際學術刊物 、、、、、、等十余個國際知名學術雜志審稿人;
9、學術雜志主編(2012, 2013)。
主講課程:
先后講授多門數學、統計學、生物信息學、基因組學前沿講座和生物進化理論等課程。
教學工作:主要從事生物信息學/生物統計學/基因組學等方面的教學工作。
培養研究生情況:
培養研究生數十名。
研究方向:
主要從事基因組學與生物大數據的研究。
承擔科研項目情況:
主持美國國家基金項目1項,開發新一代的反映基因組加倍和物種分歧事件的基因組解構軟件,這在美國基礎科研經費緊張的情況下,是很不容易的;作為主要思路貢獻人使實驗室獲得美國國家基金項目1項 (當時作為博士后尚無資格作為主特人申請基金項目);作為核心成員參與科研項目的申請和研究多項;主持中國國家自然科學基金項目3項,河北省自然科學基金杰青項目,百人計劃項目,教育廳新世紀創新人才項目等。
現正在主持國家自然基金面上項目2項,結題1項,河北省百人計劃項目1項,杰出青年項目1項,河北省教育廳百名跨世紀優秀人才項目1項。主持美國自然科學基金項目項目1項。在研經費600余萬元。
1、主持國家自然基金項目"水稻和高粱基因進化的比較基因組分析","稻屬一對部分同源染色體間的非正常遺傳重組研究";
2、曾參加完成國家重大項目"水稻基因組的測序與分析",在其中承擔了"RNA基因統計學識別與分析"、"水稻基因組結構的分析"的科技攻關工作;
3、作為第五主研人參加了973項目"真核生物基因表達轉錄調控的信息基礎",負責構建統計學與數學模型和算法開發;
4、參加了國家自然科學基金項目"基因信息的比較分析和相關新算法",是水稻基因組中重復片段分析的主要完成者。
5、在美國自然科學基金項目支持下,參加了"Unraveling the course of angiosperm chromosome evolution. US National Science Foundation"和"Toward unraveling the morphological plasticity and genome redundancy of Brassica oleracea"等多個項目的研究工作。
主要研究工作如下:
生物信息學軟件和數據庫:把數學、統計學、計算科學、生物學等多個學科緊密結合,開發分析基因組、轉錄組學的大型數據的算法、軟件和數據庫;發表了植物基因共線性分析的軟件和數據庫,被世界上近100個國家研究人員廣泛引用和下載,每年登錄800多萬次,成為國際上植物基因組學分析重要研究平臺,并受到美國自然科學基金先后2個項目的資助,其中一項主持;
在大型國際合作項目中的重要地位:在棉花、高粱、白菜、油菜、苷藍、西紅柿、桑樹等多個植物基因組測序的大型國際合作項目中,擔任生物信息學/比較基因組學研究的首席科學家(PI)或研究組組長,是國際植物基因組領域著名專家之一;
染色體理論創新:通過對植物基因組的比較,研究染色體進化的模式,并結合人類和酵母染色體的研究成果,創造性地提出以端粒為核心的染色體數目減少的理論和具體分子機制,解釋了真核生物線性染色體統一的進化規律和數目保持模式,是染色體理論的重要突破性進展,是一個獨創性研究工作(圖1) (Wang et al. 2015. New Phytologist);指出染色體數目的減少必然伴隨由兩個端粒構成的微小染色體(Satellite chromosome)的產生及丟失;在細胞周期染色體配對之前,染色體形成花束結構(Bouquet structure)時,端粒互相接近,可能在其附近發生DNA交叉(Crossing-over),同時引發兩個結果:一是同一染色體由于上述交叉形成環狀染色體(Circular chromosome),之后形成一個自由端(即無端粒)的染色體和一個由端粒構成的微小染色體,而自由端染色體可能侵入其它染色體而常常融合入另一個染色體的著絲粒區;二是兩個不同染色體在其端粒附近發生交叉,而形成一個合并染色體和一個微小染色體;相關研究得出了細胞學觀測的支持:在不同植物中發現了不明原因形成的由端粒構成的微小染色體,而本人的理論對這一問題給出完美解釋。這一研究承接了遺傳學奠基人之一、著名的植物學家、諾貝爾獎獲得者Babara Mcclintock在1930-1940年間對染色體、尤其是環狀染色體遺傳上的探索性工作;本人在國際學術會議發表報告時,得到了Babara Mcclintock的嫡傳弟子、美國科學院院士James Birchler的高度評價,在后來電子郵件中,Birchler院士認為本人的相關工作非常讓人興奮,并鼓勵把工作深入開展下去“The chromosome evolution studies that you are conducting are quite fascinating. It is an important scientific problem. Keep up the good work.”。
基因組多倍化與穩定性:關于植物(特別是經濟作物)基因組多倍化、DNA非正常重組和基因置換、基因組不穩定性和大規模重排的機制等方面發表了一系列重要研究成果。主要研究成果:一是通過比較基因組學研究,第一次揭示了基因組加倍后基因置換對基因組結構和基因功能演化的長期影響,可達到億年(Wang et al. 2009. Genome Research),是對基因組和染色體穩定性理論的重要貢獻;二是首次揭示禾本科植物中,兩條全基因組加倍產生的部分同源染色體,在過去近億年間,受到基因置換的影響,經歷了奇妙而迷惑的進化過程(Wang et al. Plant Cell. 2011),染色體呈現出由著絲粒至端粒片段性增加的相似性,反映了基因組加倍后產生的(部分)同源染色體間時間相關的基因重組抑制機制。三是對禾本科8種植物10個基因組進行了細致的比較基因組學分析,發現水稻是進化最慢的物種,而玉米、高粱等進化快15%-50%;結合全基因組水平的同源基因分析以及最新化石證據,全面更新了禾本科作物的分歧及其它重要演化事件發生的時間 (Wang et al. 2015. Molecular Plant)。
基因家族和調控網絡研究:在多個基因家族(C4光合作用基因、抗病基因、開花基因等)的功能演化上作出了重要的探索性研究。一是在全基因組學研究角度,在國際上第一次全面分析了C4光合作用調控路徑中7個重要酶基因的功能演化,提出基因組加倍等事件造成的基因重復為C4調控路徑的創生和發展,提供了重要的遺傳學準備(Wang et al. 2009. Genome Biology);二是分析了植物NBS-LRR抗病基因的序列和蛋白質二維、三維結構,揭示了一個核心功能區,提出植物抗病性維持的分子機制:核心區反復的DNA加倍、丟失、重組和突變,結合全基因水平的加倍、丟失、重組等,對植物的抗病性提供了不竭的動力源泉,文章作為封面發表在英國最好植物學雜志(Ratnaparkhe MB*, Wang X* et al. 2011. New Phytologist)。 基因組多倍化的創新性解讀:由于植物基因組構成的復雜性,即使一些知名的基因組測序分析研究組,也常不能正確解析所測得的重要作物基因組的結構和演化過程。本人通過開發方法和軟件,進行深入的生物信息學和比較基因組學的創新性研究,先后指出國際上不同研究組在解讀水稻(Wang et al. 2005. New Phytologist)、土豆及其它茄科植物(Tomato Genome Sequencing Consortium 2012. Nature)、棉花(Paterson et al. 2012. Nature)等基因組,在多倍化的定性和規模上的錯誤,為國際植物學領域所重視。其中關于水稻基因組的研究,在發表的同刊同期發表了美國和比利時兩個國際著名研究組的聯合評論文章,對這一工作給予了高度評價(Paterson AH, Bowers J, Van de Peer, and Vandepoele K, New Phytologist 2005)。
發表英文論文:
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Book chapters
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[2]Wang, X., and Paterson, A.H. Gene synteny and colinearity in cereal plant genomics. In book: Cereal Genomics, edited by Gupta, Pushendra Kumar and Varshney, R.K., to be published by Springer company. (Invited book chapter, http://www.springer.com/biomed/human+genetics/book/978-1-4020-2358-3)
[3]Paterson, A.H., Wang, X., Li, J., Tang, H. Ancient and recent polyploidy in monocots, In book: The Evolution of Land Plants, Edited by Soltis, D. and Soltis, P, to be published by Springer company. (Invited book chapter)
[4]Wang, X., Guo, H., Wang, J. Insights into the common ancestor of cereals. In book: Genomes of Herbaceous Land Plants, Edited by Paterson, AH., to be published by Elsevier Limited. (Invited book chapter)
發表中文期刊論文:
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學術報告
每年應邀在國際動物和植物基因組學大會發表學術報告:
特邀報告:2008 年1 月, San Diego, CA, USA. Plant and Animal Genome Conference XVI, 報告題目:“Exploration Of Concerted Evolution Between Paralogous Rice Genes Suggests Recurrent Illegitimate DNA Recombinations”
特邀報告:2009 年1 月, San Diego, CA, USA. Plant and Animal Genome Conference XVII, 報告題目:“A Plant Genome Duplication Database (PGDD) for Plant Comparative Genomics”
特邀報告:2010 年1 月, San Diego, CA, USA. Plant and Animal Genome Conference XVIII, 報告題目:“Paleopolyploidy from a viewpoint of the first physical map of Brassica oleracea”
特邀報告:2012 年1 月, San Diego, CA, USA. Plant and Animal Genome Conference XX, 報告題目:“Interrelated Evolution of Two Grass Chromosomes Through Illegitimate Recombination, Resulting in Homoeologous Chromosomal Stratification”
特邀報告:2013 年1 月, San Diego, CA, USA. Plant and Animal Genome Conference XXI, 報告題目:“Two consecutive whole-genome triplications and the formation of Solanaceae genomes”
榮譽獎勵:
1、在北京大學攻讀博士學位期間,獲得光華一等獎學金(2004年);
2、2010年入選河北省第二批高校百名優秀創新人才支持計劃。
3、2010年入選河北省教育廳百名新世紀創新人才支持計劃。
4、河北省“三三三人才工程”第三層次學者。
5、2013年入選河北省引進海外高層次人才“百人計劃”。
6、2014年獲得唐山市政府頒發的“被子植物多倍化后基因組不穩定性的比較基因組學分析”科學進步獎二等獎。
7、2022年,入選世界頂尖遺傳學和分子生物學家榜單
世上功名兼將相 人間聲價是文章
——專訪生命科學學院院長王希胤教授
文/宣傳部 戴國輝
在華北理工大學,有這樣一個學院別具特色:它建院時間最短,2011年初靜悄悄成立,沒有掀起任何漣漪;它教職員工人數不多,但研究的卻是頂尖科學,講師都能申請到國家自然科學基金項目;它校內名氣不大,但墻內開花墻外香,在全省甚至全國聲名鵲起……它就是頗具神秘色彩的生命科學學院。
王希胤教授科研團隊
古人云,時人莫小池中水,淺處不妨有臥龍。6月14日,唐山下了一場入夏以來降水量最大的暴雨,一舉蕩滌了飄浮空中的霧霾和連日的炎熱。呼吸著涼爽清新的空氣,筆者滿懷愉悅的心情,專訪了生命科學學院院長王希胤教授。
功業逐日以新 名聲隨風而流
按照約定的時間,王希胤準時出現在會議室。這是筆者第一次見到王希胤,個頭不高,頭發已見稀疏,身材卻很壯實。簡單寒暄之后,談話首先從不久前的基因組信息學鳳凰城論壇開始。“舉辦全國基因組信息學鳳凰城論壇非常高效,從籌備到勝利閉幕只用了兩三個月時間,論壇效果和影響力大家都有目共睹。”王希胤語言樸實,有著作為一名學者的嚴謹。
5月13日,由生命科學學院承辦的2016年全國基因組信息學鳳凰城論壇在唐山萬達洲際酒店召開。全國基因組信息學方面的數十名重量級專家齊聚鳳凰城:中國科學院著名理論物理學家郝柏林院士、南京農業大學研究生院院長侯喜林教授、中國農業科學院蔬菜花卉研究所副所長王曉武研究員、北京市計算中心生物事業部主任、中國生物工程協會副秘書長陳禹保教授……由地方院校承辦的學術交流會,能有如此數量眾多的國內基因界的“大咖”出席作報告,足以讓人驚訝。單從這個方面講,生命科學學院就已經出類拔萃、與眾不同了。
2010年12月16日,學校印發紅頭文件,宣布成立28個教學單位,生命科學學院赫然在列。生命科學學院由原河北理工大學化學工程學院生物系、基因組學和計算生物學中心和原華北煤炭醫學院生物系三個單位合并組建而成。
對于生命科學學院這棵“小樹苗”,學校領導寄予了厚望。2011年7月21日,校黨委書記張玉柱在學校第一屆“雙代會”第一次會議閉幕式上說:“一般來說,特色重點學科都是在學校發展過程中自然形成的。比方說原河北理工大學前身是礦冶學院,礦冶學科就是它的特色學科;原華北煤炭醫學院的特色學科是預防醫學,這都是歷史形成的。但絕不是一成不變的,是根據各個學科發展情況和社會需求變化的。比如我校單獨把生物技術拿出來,成立了生命科學學院,作為一個試驗田進行重點扶持。”
對此,王希胤坦言,世界上幾乎所有的綜合性大學都有生命科學學院,而且有很多其它研究生命現象的研究機構。在這樣的高速發展又高度競爭的領域,這個年輕的生命科學學院要想生存下來,并且達至一個在學科建設有影響力的生命科學學院,壓力是巨大的。但是幾年建院和發展的過程走下來,他越來越有信心、越來越堅定、覺得學院越來越有希望。
建院幾年來,王希胤做的最重要的一項工作就是延攬人才。人是一切事業成功的關鍵。目前,生命科學學院有專任教師45人,平均年齡40歲左右。近3年科研經費1200多萬元,人均經費近27萬元;承擔國家級科研項目18項、省部級科研項目33項;發表學術論文500余篇,多篇發表于《科學》、《自然》、《自然——遺傳學》、《美國科學院院報》、《基因組研究》等國際頂級雜志,榮獲科研、教學成果獎22項,19篇論文進入世界相關學科排名最高被引論文百分之一,2篇進入千分之一,具有較高的國際影響力,在河北省獨占鰲頭。
古人云,天地生我而不能鞠我,父母鞠我而不能成我。成我者,夫子也。有了良師,才會有高徒。生命科學學院的學子是幸運的,本科階段就參與了頂尖科學研究,并且小有成績。2012級的學生劉曉建由于科研業績突出,被中科院上海生命科學學院“提前預訂”。同一年級的學生馬雪蓮跟著老師搞科研,今年被推免進入中國農業大學碩博連讀。2013級生物信息專業的17名學生是該專業第一屆學生,被譽為“黃埔一期”。在老師的鼓勵下,同學們學習動力十足,全部拿下國家級、省級的大學生創新計劃,人人都有科研項目,創造了一個奇跡。
絕頂人來少 高松鶴不群
2012年7月6日,校黨委書記張玉柱在全校中層干部大會上講話時說:“我們為什么要成立生命科學學院?就是有幾個國內知名的甚至在國際上有一定影響的專家。”與會者都清楚,這“幾個國內知名的甚至在國際上有一定影響的專家”的代表就是王希胤。
王希胤主要從事基因組信息學的研究,在棉花、高粱、白菜、油菜、甘藍、西紅柿、桑樹等多種植物基因組測序的國際合作項目中,任比較基因組學分析的首席科學家或研究組組長。作為植物基因組信息學領域著名專家之一,他取得了多項突出的獨創性成果,尤其在真核生物染色體數目減少理論、禾本科比較基因組學上做出了多項原創性成果。
“比如大猩猩有24對染色體,人只有23對染色體,染色體增加和減少的過程究竟是怎樣的?”王希胤給筆者打了個形象的比喻,“每條染色體兩頭分別有兩個端粒,就好比對鞋帶兩頭的‘塑料箍’,起到穩定染色體結構的作用。當時我提出,兩條染色體重組后會形成沒有端粒的染色體和一個只包含端粒的小染色體。這就是以端粒為中心的染色體數量減少的理論和分子機制。在思考重要科學問題時,我常常睡不好。在一個不眠之夜,我突然想到了染色體是如何合并的,然后立即查詢可能存在的直接或間接證據。那是我的一個‘尤里卡’時刻。”他在國際上首次明確提出以染色體端粒為中心的染色體數目減少的理論和具體的遺傳學機制,對認識真核生物染色體進化和功能有極為重要的理論和現實意義,是染色體理論上的重大創新性成果,得到了遺傳學奠基人之一芭芭拉·麥克林托克的嫡系弟子、美國科學院院士詹姆斯·伯馳勒的高度評價。
對待科研成果,王希胤一點也不吝嗇。他把數學、統計學、計算科學、生物學等多個學科緊密結合,建立了植物基因共線性分析的軟件和數據庫,被世界上近100個國家研究人員廣泛引用和下載,每年登錄800多萬次,成為國際上植物基因組學分析的重要研究平臺。
在向筆者介紹自己的科研成果時,王希胤非常理解“圈外人”的苦衷,一直用通俗的語言闡述。筆者注意到一個細節,他的課件完全是英文版的。他的學生兼同事王金朋向筆者“訴苦”:“王老師的科研論文,大多數投向外國頂級雜志。所以,他一直堅持用英語寫論文。用QQ和他聊工作,要求我們必須用英語。一開始還不大習慣,后來才逐漸適應了。王老師在美國喬治亞大學有兼職,每次從美國回來,時間都很緊張。他經常吃住在實驗室,帶領大家沒日沒夜地做實驗。遇到寒暑假,實驗也不能停,大家都不休息,即使春節也是如此。”另一位剛剛畢業的研究生李育先對此印象深刻:“我記得有一個星期沒有回宿舍,晚上一二點睡覺是常態。”
作為生命科學學院的“帶頭大哥”,王希胤近幾年碩果累累:發表論文50余篇,其中發表在《科學》2篇、《自然》4篇、《基因研究》3篇、《新植物學家》4篇,第一作者論文17篇。作為首席科學家之一發表的論文6篇,被他引3300多次(止于2016年3月)。被引頻次最高的是在《自然》期刊上發表的《高粱基因組和禾本科植物的分化》一文,共被引用943次。他還主持美國國家自然科學基金項目1項、中國國家自然科學基金項目3項,河北省自然科學基金杰青項目、百人計劃項目、教育廳新世紀創新人才項目多項。
“當前,面對國家重大戰略需求,我們參與了國家重點專項科研項目,正在籌劃中國主要作物的云計算平臺建設,為廣大農業工作者提供一個友好的基因組信息學分析平臺,讓沒有多少信息學分析基礎的農業專家也能用這個平臺進行基因鑒定和基因組分析,進一步為育種工作做出貢獻。”王希胤信心滿滿地說。
立志欲堅不欲銳 成功在久不在速
1972年4月,王希胤出生在河北省唐山市灤縣的一戶農家,父母都是普通百姓。他從小跟著父母下地干活,春種、夏管、秋收一個都不少。進入小學后,他活潑好動甚至有些頑劣的習性有了展現的舞臺。“多年后有一次同學聚會,大家一致認同我是上課時最后一個‘躥’進教室的人。”王希胤笑著對筆者說。
從小學到初中,王希胤的學習成績始終不溫不火,用他自己的話說就是不太努力,上學總是遲到。1987年9月,王希胤經過中考,進入了灤縣一所極為普通的榛子鎮中學。隨著年齡的增加,王希胤逐漸意識到學習的重要性。這時,他善于總結、善于歸納、學習能力強的特點逐步顯現。不太走運的是,1990年高考王希胤突然生病,結果發揮失常,高考落榜。他并沒有灰心喪氣,選擇了復讀。1991年高考,王希胤以理工科575分榮獲全縣狀元,考進了吉林大學。“雖然比我低很多分的同學進了北大清華,我并不是特別遺憾;高中的學習生活和成績帶給我進一步學習和走向成功的信心。”
1991年9月,王希胤背起行囊,奔赴千里之外的長春,進入吉林大學數學系深造。大學期間,數學專業鍛煉了他嚴密的邏輯思維能力以及全面客觀看待問題的能力。他日后搞科研,就是把數學作為重要工具,通過統計數學模型的手段論證事物的發生。
1995年7月,經過四年的大學學習,王希胤扛起行李,回到家鄉,在我校參加了工作。在隨后的五年里,他幾乎講授過所有門類的數學,包括《高等數學》《線性代數》《概論統計》《高等代數》等等,為科學研究奠定了堅實的基礎。他一直有著一個科學探索的夢想,也一直對生物學有著濃厚的興趣。2000年9月,王希胤考入北京大學生命科學學院生物信息學專業碩博連讀。在北大期間,他如魚得水,把數學上的一些優勢和生物學相結合,學科交叉的優勢在搞科研的過程中日益凸顯。他還自學了計算機、自動化理論。在北大的五年,王希胤抓緊時間搞科研,其中編程序是重要一環。為了省錢,他跑到海淀圖書城抄程序圖書。到杭州調研期間,也常到外文書店抄程序書中代碼。2005年7月,王希胤以6篇高質量的科研論文獲得博士學位,并榮獲北大光華一等獎學金,順利結束了自己的北大之旅。
2006年2月,王希胤到美國喬治亞大學植物基因組圖譜實驗室做博士后研究。這是世界上最頂尖的植物基因組學研究中心,領導實驗室的是安德魯·帕特森教授。靠著勤奮和努力,三年后王希胤升任研究員,成為實驗室生物信息學研究組組長,開始領導一個10多人、包含來自多個國家的博士后、博士研究生的研究小組。他從此經常擔任多種重要經濟和糧食作物基因組測序大型國際合作項目的比較基因組學分析首席科學家。
自是桃李樹,何畏不成蹊。2016年6月17日,在我校2016屆本科生畢業典禮暨學位授予儀式上,王希胤作為教師代表向全體畢業學子發表演說:“我特別強調持續快速的學習能力:面對工作或學習的新課題、新項目、新問題,要有能力利用網絡、圖書館、朋友圈,在有限的幾個小時之內,對這個課題、項目、問題背景做最可能充分的了解、理解、把握,并在稍長一點的時間內,基本成為專家,提出一種或幾種創新性的見解或解決方案。這是新世界的要求,是在這樣一個新世界走向成功的必然要求。”這不僅是一位師者對學子的諄諄教誨,更是他多年工作、學習的深刻體會和總結。
在生命科學學院的網站上,由王希胤親筆撰寫的《院長致辭》格外醒目,其中寫道:路漫而長,上下求索。偉大的浪漫主義詩人屈原愛國求索,至死不渝,然而他的偉大更體現在求索未知的熱情。在《天問》中,他不斷地大聲提出心中的疑問:“遂古之初,誰傳道之?上下未形,何由考之?冥昭瞢暗,誰能極之?馮翼惟象,何以識之?明明暗暗,惟時何為?陰陽三合,何本何化?圜則九重,孰營度之?惟茲何功,孰初作之?”如果屈夫子生在今天,或許會成為一位科學學者,甚至是一個生物學者。作為院長,唯有保持屈夫子那樣的不斷提問、不斷求解、不斷追求、不斷進步,才能推動學院不斷向前發展。
這也許是王希胤的真實寫照,一個學者永不停步、不斷進取的奮斗精神。(學生石千里、施宇青對本文亦有貢獻)
(稿件來源:《華北理工大學報》2016年7月1日第11期)https://newstest.ncst.edu.cn/col/1393558153696/2016/09/22/1474536131937.html
王希胤:基因組信息的解讀者
從上世紀六七十年代奧地利學者孟德爾根據豌豆雜交實驗提出遺傳因子概念,總結出孟德爾遺傳定律,到1990年10月人類基因組計劃在美國正式啟動,已經歷了百余年。
1999年9月,中國加入人類基因組計劃。這項堪比生命科學“登月計劃”的行動于2001年宣告完成——首次繪成人類基因組“工作框架圖”,包括中國在內的6個國家元首共同向世界宣布這一人類歷史上認識自身的重大科研成果。而與此同時,各國發表聯合聲明,呼吁將人類基因組研究成果公開,以便世界各國的科學家都能自由地使用這些成果。從那時起,基因研究的大路愈發寬闊。
也就在此時,王希胤正式走進基因研究的大門,“當時也做了一些人類基因組的工作”,而他的身份還是北京大學的碩博連讀研究生。選擇了自己衷愛的科學研究,這一路他走了15年,從學生到老師,從研究小組負責人到院長,實現了角色的成功轉變。而回報給他的是:人類和其他物種“生命之書”的神秘畫卷正在徐徐展開。
做一些有意思的事兒
2000年,吉林大學數學系畢業的王希胤當了5年老師后,學校同意老師繼續深造,這一機會讓他迎來人生重要轉折。如今回憶起,他也認為,“這個轉變對我來說非常好”。自己得以參加全國研究生統考,并最終走進北京大學生命科學學院,走進基因組生物信息學的園地。
剛進北大時,王希胤學的是生化與分子生物學專業。“當時,生物信息學還不能作為一個獨立的學科,所以作為一個方向附屬于生化與分子生物學專業”。面對學科的轉變,他非但沒有感覺到吃力和不適應,反而覺得獨具優勢,“能把我在數學上的一些優勢和生物學結合在一起”。這種多學科結合,還包括他大學時打下了很好的物理學基礎,后來又自學了計算機、自動化理論,學科交叉的優勢在科學探索的過程中日益凸顯,“使得我可能看得更深入一些、想得稍微全面一些”。
當時在北大,王希胤在導師的帶領下,和華大基因合作,參與到了水稻RNA和基因組結構分析的工作中。當時學界圍繞水稻基因染色體加倍的現象展開了激烈的討論,王希胤也參與其中。他向記者講述了這一“有意思”的發現。
大約在數千萬年之前,水稻發生了一次大范圍的基因加倍的現象。當時國際上有兩個知名研究組利用水稻的粳稻亞型基因組序列在開展研究:一個是比利時Van de Peer的研究組,一個是美國的Paterson研究組。比利時組發文章稱,水稻不是基因組加倍,而只有部分染色體加倍。美國研究組則認為,這是一次全基因組的加倍。
沒有研究就沒有發言權,王希胤與合作者在導師的帶領下,以水稻的另一亞型—秈稻作樣本也開展了相關研究,2005年臨近博士畢業,這項研究也有了結果。他的研究發現,禾本科的祖先物種在至少七千萬年前原有7條染色體,經基因組加倍一夜間變成了14條。王希胤將發現的結果撰文總結并投稿,很幸運的是,文章很快被英國頂尖學術雜志New Phytologist接收。
恰逢畢業,如果需要繼續做博士后研究,就得自己聯系導師。循著興趣點,他打算按投稿文章的方向聯系出國做博士后研究,其中就聯系了美國喬治亞大學的Andrew H. Paterson教授,也就是上面所提到的兩個研究組之一的負責人;Paterson教授是物理圖譜理論的創始人,在學術上有很高的造詣。通過電子郵件取得聯系后,很巧的是,Paterson教授正在給他的文章寫評論,準備在王希胤論文發表的同一雜志的同期發表一篇評論,對中國的這一研究給予肯定和高度評價。因為學術觀點一致,Paterson教授非常欣賞這位來自中國有獨到見解年輕學者,歡迎王希胤到他的實驗室做博士后研究;這一小插曲很多年都為Paterson教授所樂道。
2005年對王希胤來說是“三喜臨門”——博士順利畢業、小孩出生、到世界著名的植物基因組學實驗室做研究。2006年2月,懷著滿心歡喜,他去到喬治亞大學植物基因組圖譜實驗室做博士后研究。年輕的王希胤在這所國際頂尖實驗室里如魚得水,開展了多個作物基因組的研究工作;超群的學術能力也得到導師的贊譽和認可,2009年3月,王希胤已經能獨當一面了,升任助理研究員,作為實驗室的生物信息研究組的組長,開始領導一個10多人的、由博士后和博士研究生構成的研究小組;而且,他從此擔任了多種重要經濟和糧食作物(西紅柿、棉花、白菜、油菜、甘藍、花生、桑樹、甘蔗、芒草)基因組測序大型國際合作項目中的比較基因組學分析首席科學家。王希胤的想法很簡單,“我就希望在基因組方面能做一些事情,有一些發現”。
基因研究的重要發現
王希胤反復提到,科學發現的根源在于興趣。對基因研究的興趣讓他沉浸其中,找尋到發現的樂趣。
王希胤對禾本科作物8種植物10個基因組進行了細致的比較,并有了一些“有意思的發現”——水稻竟然是進化最慢的物種,并且更新了禾本科植物進化史主要事件發生的時間。
很早以前,科學家基于有限化石證據推測,恐龍是不吃草的,因為在恐龍滅絕時,草還沒有產生。但從新發現的恐龍腹中花粉的化石證據表明,恐龍不僅吃草,而且吃的草已發生了禾本科主要類群的進化和分離。
結合全基因組水平的處于共線性的共源基因分析,基于最新化石證據,王希胤重新確定了禾本科作物的分歧及相關的一些重要進化事件發生的時間:在禾本科植物的共同祖先中近1億年前發生一次全基因組加倍——即它們共有一個四倍體祖先,禾本科主要類群7000萬年分化,也就是麥類和稻屬的共同祖先與玉米、高粱及谷子的共同祖先分開了;然后在大約6000萬年前稻與麥分歧;4000萬年前高粱和玉米的共同祖先與谷子分開;而2600萬年前,由于一次(玉米所特有的)全基因組加倍事件,一個新物種玉米產生了,并與高粱分開。這一工作全面更新了禾本科進化時間的描述。在研究的過程中,他還有一個重要發現:禾本科植物中兩條染色體,在過去7000萬年間,受到基因置換的影響,經歷了奇妙而迷惑的進化過程。
基因分析、理論推斷、進化溯源……整個過程都讓王希胤著迷。興趣使然,這15年間,他有了很多獨到發現和成果。談及此,王希胤說,自己比較得意的是,他提出了新的染色體數目減少的理論,闡明了真核生物染色體數量減少的理論和分子機制。他對真核生物染色體數目和細胞核型開展了研究。“比如大猩猩有24對染色體,人只有23對染色體,染色體增加和減少的過程究竟是怎樣的?”基于植物多倍化后染色體數目增多并在一定時期內減少的情況,他進行了獨創性深入的比較基因組學分析,并結合人類等哺乳動物、酵母等真菌的研究,在國際上首次明確提出以染色體端粒為中心的染色體數目減少的理論和具體的遺傳學機制。
王希胤給記者打了個形象的比喻,每條染色體兩頭分別有兩個端粒,就好比鞋帶兩頭的“塑料箍”,起到穩定染色體結構的作用。“當時我提出,兩條染色體重組后會形成沒有端粒的染色體和一個只包含端粒的小染色體。這就是以端粒為中心的染色體數量減少的理論和分子機制。”這一理論,對認識真核生物染色體進化和功能有極為重要的理論和現實意義,是染色體理論上的重大創新性成果。談到發現的過程,王希胤也坦言,自己“琢磨了好久”,白天夜晚都在思考這個問題。突然有一天晚上,科學的靈感迸發,他想出來了。
融入大數據時代的基因信息學
近年,許多重大科技新突破均源自學科之間的綜合交叉融合。學科與學科之間、科學與技術之間、自然科學與人文社會科學之間的交叉、滲透、融合,已成為學科發展的必然趨勢。王希胤對此深有感觸,他說:“不同學科研究是對人們對客觀世界人為的劃分,當我們認識一個問題時,常常需要不同的知識,來了解事情的真相。”他提到,DNA測序技術發明人弗雷德里克•桑格是兩次獲得諾貝爾獎的英國生物化學家,他是學物理的,而最開始他做數學。
他所從事的基因組信息學是現代分子生物學發展的前沿領域,是典型的交叉學科,涉及生命科學、數學、計算機科學和信息科學。其中,生物學問題是該學科的核心,數學與計算機技術則是基本工具。“它是用數理和信息科學的觀點、理論和方法去研究生命現象、組織和分析呈現指數增長的生物學數據的一門學科,將數學、計算機與信息科學技術運用到生命科學尤其是分子生物學研究中。”
王希胤說,目前,大數據分析是基因組信息學發展的重點和前沿。伴隨著基因組測序成本的迅速下降,基因組信息的提取在廣度、深度、特異性方面正在不斷發展。在廣度上,群體水平的基因組測序已經大面積展開,很快就有數以百萬人的基因組得到測序,有望揭示人類重大遺傳疾病發生的秘密;主要經濟作物如水稻、棉花的親緣植物整個屬的基因組都在進行測序,可望回答最重要的糧食作物一些重大農學問題。在深度上,很多二代測序分析常達到百倍深度,結合不同的測序方法,將可得到最可信的基因組數據;在特異性上,一種特異性組織或一種特異細胞的測序已經開展起來,如精子基因組的測序、卵子基因組的測序、癌細胞基因組的測序等等,為增進人類健康提供強大的新技術支持。
隨著大數據時代的來臨,基因組信息學這門以大數據的提取、存貯和分析為基本特征的學科率先進入大數據分析時代,這就為研究不斷提出新問題新挑戰,同時也帶來新的機遇。可以預見的是,隨著基因組信息學的進一步發展,尤其是產業化突破,將直接改變人類生活的面貌。王希胤說,不僅能為增進人類健康做出貢獻,而且能為戰勝遺傳疾病對人類的影響提供新的手段。現在,以基因組信息學為核心技術的基因產前篩查工作,正在開展起來,新興的生物信息公司和醫療機構合作,通過對胎兒基因組的分析,判斷可能的遺傳疾病,為優生優育做出直接貢獻。基因組信息學還在婚戀選擇、法醫學實踐、尋親訪祖、分子育種、重要性狀基因鑒定、基因組分析軟件開發和服務等方面,獲得產業化發展。
“在做基因信息學研究時,我最關心的還是生物學問題,關心與人類健康相關的問題,有經濟意義的問題。”王希胤一直倡導,以問題為核心做科研。找到問題,然后在自己的知識背景里尋找利用不同學科的知識去解決問題。“計算機編程、算法、數學模型的相關知識必不可少”,他反復提到,興趣是根本,而且需要不斷學習,他認為科研就是一個終身學習的過程。如今,擔任生命科學學院院長的他笑言,自己在學科建設、管理中也在不斷學習。
以前只做科研,現在還承擔事務性工作,王希胤的工作非常忙碌。為了學院建設,很多事情都親力親為,為學科建設、科研平臺建設等事關學院發展的相關材料都會親自撰寫,然后交由年輕老師一同修改,“這個過程也鍛煉了我”。“目前,我們學院建了兩個碩士點,一個是醫學生物信息學,一個是生物分子組學。后者是國際上第一個明確進行綜合性組學研究的碩士點。”“我們還籌建了生物信息學的本科專業,明年開始招生。”這些都是讓他為之自豪的事情。這些年,學校對生命科學學院的定位是“試驗田”“特區”“科研增長點”,學校對他們寄予了厚望,王希胤坦言身上的壓力不小,每天通常是十八九個小時都在工作。他給學院定下發展的目標:通過學科建設、科學研究、人才培養、產業化服務,建成省內、國內知名的生命科學學院。
“趁年輕多做些事情”,王希胤正帶領這支平均年齡在40歲左右的年輕團隊一起前進,享受發現的樂趣,實現作為一名不斷學習、不斷探索的科研工作者的價值。
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