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纪念知识创新工程十周年

中科院动物研究所陈大元:科学春天硕果丰

  
    我于1957年毕业于山东大学生物系,曾师从童弟周等教授,毕业后以优良的成绩统配到中国科学院动物研究所秉志老前辈门下,迄今已有51年的学术研究经历,但最值得回忆的还是中国人民迎来“科学春天”的30年。
先生深谋远虑  学子不负重托
   1978年,在张致一先生领导下,我们研究室从研究生殖轴系扩展到生殖生物学研究。根据中国科学院改革开放的逐步深入,张先生要求大家加强学习外语(英语),准备接受出国进修使命。当时在生殖生物学学科建设和发展方面,张先生拟从性腺、受精和胚泡着床三个方面培养人才,重点放在胚泡着床,所以投入人力也较多。张先生于1979-1980年在洛克菲勒基金资助下先后选送八人出国。当时被称为张先生手下的八大金刚。我是1980年底被选送到美国依阿华大学医学院Longo受精机理实验室,因为张先生考虑当时国内胚胎学与繁殖学的教材中对受精一章内容十分简单,因此希望我能掌握这方面的研究资料来填补这一空白。我十分珍惜这一机会,在国外二年多的时间里,发奋努力,克服了不少困难,做出了很漂亮的工作,得到了导师和同行朋友的好评。发表4篇论文和3篇摘要,参加了二次国际学术会议。Longo教授(导师)不至一次地要挽留我,在我回国的前几天,向系里作两年研究工作总结报告的大会上,他再次表示要挽留我与他继续合作,他说“我给你更多薪水”,我谢绝了。当我回国途中去夏威夷看望久别数十年的二哥时,(他是个企业家,拥有几个公司,他任董事长),同样也要留我在他身边当公司的总经理,他说:“专业不对口,没关系,只要你愿意坐在总经理的位置上,薪水不会少的。”但我没有同意。因为,我心里很明白,我出国不是为了钱,学习是为了报效祖国,为的是参加祖国改革开放的经济建设。同时我牢记张先生的重托 “要填补我国受精生物学的空白”,我毅然决然地带着用自己节省下来的生活费一万零八百美元购置的实验室急需的仪器和药品,于1984年2月按期回到了祖国。
“科学春天”30年  技术平台出成果
    1985年张致一先生领导的生殖生物学研究室被入选为中国科学院第一批开放研究实验室。这时张先生派出的八位科技骨干也已陆续按时学就回国。按张先生的布局,先后都建立了研究组。当时在张先生的统一领导下,实验室呈现一片轰轰烈烈,团结繁荣景象。我也正式成立了“受精生物学研究组”,为该实验室三个研究方向之一。这就是我回国建立的第一个受精机理研究的技术平台,在这个平台上我们开展了多种动物精子与卵子的超微结构与功能研究,积累了大量资料。其中1、在动物精子顶体囊泡化成因研究中,揭开了精子囊泡化之迷,澄清了国际上传统认为精子质膜参与囊泡形成的观点。2、在受精卵雄原核发育机制研究中,证明生发泡中具有与精核发育相关的因子。后来我们的工作又进一步发现MAPK(分裂素激活的蛋白激酶)与雄原核形成直接有关。3、在卵子成熟与受精过程中的细胞骨架作用研究中,证明纺锤体(分裂器)的运动和极性产生是与微丝存在密切相关。用间接免疫荧光和共聚焦激光显微术进一步证明了,微管只参与纺锤体结构组成,微丝才是遗传物质运动的动力。由此我们提出了纺锤体的轴向决定分裂的方向,而纺锤体的旋转决定于微丝存在的动力学新理论。
    我们曾在受精生物学的应用方面:1、提出了免疫灭鼠的新构思,倡导精子DNA疫苗粘膜局部免疫的研究,为控制有害动物数量开辟了崭新的研究领域;2、在试管婴儿体外受精方面,我们曾接受了北医刘斌同志等来室学习受精机理与操作技术,为我国第一家(北医三院)试管婴儿的成功提供了支持;3、在大熊猫繁殖生物学研究中,以促进母兽排卵和提高公兽精子质量,实现大熊猫精卵同步化,提出了“双控”措施,在四川成都的6年试验中曾获得7次双胎和8次单胎。在福州2年内也获得2个幼仔。为拯救大熊猫赢得了主动,从此大熊猫的繁殖开始出现空前繁荣的大好形势,推动了大熊猫有性繁殖。
    1990年我室八大金刚(指张先生送出国进修的8个骨干)肩上压力更大,因为这年我们失去了尊敬的老师张致一先生,我们在怀念他的同时,只能化悲痛为力量,挑起张先生未尽的科学事业重担,努力向前。随着国内外试管婴儿技术的发展,我们1991年又建立了第二个显微受精研究的技术平台,在这平台上我们进行了:1、卵透明带下受精机理研究,首次发现了卵透明带内表面也具有­­­­­­­­一级识别位点—精子受体,并揭示了精子顶体内膜与卵质膜间存在二级识别和卵质膜与皮质泡膜的融合,由此提出了在带下受精过程中也存在一级和二级识别和受精过程中的三次膜融合的理论。在带下受精实验中成功地获得了试管小鼠,为推动试管婴儿从体外受精提升到显微受精开创了新局面。2、在球形精子细胞跨越变态发育的研究中,揭示了单倍体的球形精子细胞可以像精子一样参与基因组的配对,可以在卵胞质中跨越变态直接发育成雄原核,亦能获得试管小鼠。这项研究,对精子变态被阻断的患者或无精症者提供了能生育的新方法。这对保存濒危物种的遗传资源和培育家畜优良品种也具有重要价值。3、在精母细胞与卵母细胞同步发育中,首次发现精母细胞在卵母细胞胞质中能够接受卵胞质中分裂启动因子的指令, 使精母细胞改变固有的发育规律,而与卵母细胞一道完成二次成熟分裂。在卵内形成雌雄原核,在卵周隙出现4个极体。我们在哺乳动物中第一次揭示了精卵在核质关系中的互动作用。4、正常与异常纺锤体的交换,生发泡置换研究(老龄卵生发泡移植到年轻卵胞质试验),发现纺锤体交换可以防治后代遗传缺陷,生发泡置换能使年轻具有活力的卵胞质改善胚胎的发育,为辅助生殖提供了理想模型。5、小鼠囊胚内细胞团交换技术的建立,获得了健康的后代,为我们异种克隆大熊猫的最后成功创造了新的技术手段。
    为了适应我国试管婴儿技术发展的需要,曾多次接受了不少单位派人来学习显微操作技术,于1999年举办了显微受精学习班,培训了大批我国从事试管婴儿的骨干力量。
    我们计划生育生殖生物学国家重点实验室是在1991年中标,1993年正式建成,过渡到该室后,1995年在显微受精的基础上,我们很快扩展创建了第三个动物克隆研究的技术平台。同年我们向863提出体细胞克隆动物申请,1996批准,1997年当我们成功克隆出了囊胚时,英国却公布体细胞克隆羊的诞生。于是我们只能急起直追,当即提出了异种克隆大熊猫,这却引来了质疑和一片反对声,在强大的压力下,我们群策群力艰辛地做出了显著成绩。在这平台上先后开展了同种克隆牛,异品种克隆黄羊和异种克隆大熊猫的研究,1、同种克隆牛,2002年我国首批自主体细胞克隆牛的存活群体(14头)在山东曹县问世,在克隆技术上独创了纺锤体挤压去核法,避免了多倍体不育的弊端。其后又在新疆、北京和山东临沂重复成功,实现了我国成年克隆牛零的突破,标志着我国的动物克隆已跻身于国际先进行列。曾被选为动物研究所唯一的突破性科技成果,参加中国科学院成果展,并被国家基金委编入优秀成果选编。2、异品种克隆黄羊,2005年在山东临沂盛能胚胎工程公司首次获得由普通山羊为受体成功产出克隆黄羊。3、异种克隆大熊猫1)世界上最早克隆成功了大熊猫一兔异种囊胚(发表在1999年《中国科学》上),被我国两院院士评为“1999年我国十大科技进展”;2002年首次成功克隆大熊猫一兔胚胎在家猫子宫中着床(发表在2002年《BOR》上);2003年在黑熊子宫里首次获得了克隆大熊猫一黑熊早期胎儿。这是一项具有划时代意义的创新研究。但是由于克隆动物存活率低,异种克隆大熊猫更难,我们获得的克隆大熊猫胎儿未能发育到期,很可惜后因课题到期而结题,不能继续研究。我们相信随着科技的进步,克隆动物技术必将会更好地向前发展。
用心培养年轻一代
    在“科学的春天”30年中,我潜心培养了硕士、博士和博士后53名,在读还有3名,我是用一颗爱国赤子之心,热爱祖国,忠诚党的科学事业,对建设有中国特色社会主义事业的高度责任感和献身精神来扶植年轻人沿着德才兼备方向成长的。教育年轻人以如何做人为基本,用榜样的力量,要求学生们锻炼“动脑、动手、动笔、动口”的能力,培养学生们成为学风正派,品德优良,科学态度严谨,学术思想活跃,富有开拓和创新精神、成为有本领、有实力和有独立科研能力的有用之才。在我培养的学生中,大多数去国外深造,少数在国内工作。其中不少人在国内外崭露头角,1996年出站的孙青原博士是我从国外引进的人才,是我的第一个接班人,侧重受精生物学基础理论研究。在读期间,曾参加受精和动物克隆及其机理研究,现任中科院动物研究所计划生育生殖生物学国家重点实验室室主任、博导,承担多项国家科研项目,主编和参编学术专著数本,发表SCI收录论文120余篇,担任国内外6种SCI刊物的编委,获得多项国家级奖和荣誉称号。2000年出站的李光鹏博士,在读期间出色完成了生发泡置换研究,在国外克隆骡工作中做出了突出贡献,主编和参编学术专著5本,发表论文30余篇,现为内蒙古大学“长江学者奖励计划”的特聘教授。李劲松博士,在读期间直接参加了我国第一批克隆牛和异种克隆大熊猫研究,2004年在世界顶级杂志《Nature》上发表论文一篇,2007年又在《PNAS》发表论文一篇,现为中科院上海生科院生化与细胞研究所的“百人计划”国外引进人才。高绍荣博士,在读期间,进行了“精母细胞核与卵母细胞核在卵母细胞质中同步发育”的创新性研究,第一次揭示了在哺乳动物中的核质关系,并参加了异种克隆大熊猫的早期研究,曾在生殖生物学领域的著名杂志上发表论文6篇,在《Nature》上合作发表论文一篇,现为北京生命科学研究所海外引进人才,任实验室主任。韩之明博士,是近年从美国引进的人才,是我又一个接班人,她侧重受精生物学和动物克隆应用研究,在读期间,直接参加了异种克隆大熊猫和2002年1月我国首批克隆牛项目。已发表论文35篇, 是BOR特邀审稿人,获奖一项。孟励博士是国际上第一个用胚胎细胞在美国成功克隆了猴。杨增明博士是我代张致一先生培养的博士后,他曾被东北农业大学从国外引进,成为“长江学者奖励计划”特聘教授,现被聘厦门大学任教,成绩显著。其实我的大多数学生都是好样的。在我的科研生涯中之所以有这么多的成绩,这里都包含着学生们和合作者们的辛苦和功劳,显示了我们团队的力量,为此特向大家表示衷心感谢。希望大家再接再厉,发挥我们团队传统的优良作风,依靠实力继续作贡献。
向改革开放致敬
    我的一辈子,从某种意义看难免也有点儿遗憾,但我不在乎,而我在乎的是,我是一名中共党员,是党培养的一名科学家,是一个干干净净做实事的中国人。我有一颗忠诚于党、国家和人民的心,有一股活到老、学到老、干到老的劲。自从1984年回国后,1985年我被聘为动物研究所副研究员,1990年晋升为研究员,1995年评为首席研究员,现为博士生导师和动物克隆与受精生物学学科带头人。在这段科研生涯中建立了三个科技平台,曾是国家科技部攀登专项的首席科学家;自然科学基金委重点项目的首席科学家;中科院知识创新工程重大项目主持人和863、973课题的负责人。曾任研究组长,室副主任,中国动物学会秘书长和第十四届中国动物学会理事长等职。1996年获全国计生委科技先进工作者称号;2001年荣获全国优秀科技工作者称号;国务院特殊津贴获得者。数十年来发表学术论文近300篇,主编出版国内第一本《受精生物学》专著;参译《小鼠胚胎操作实验手册》一本;合著《动物克隆》丛书一本。培养硕士、博士和博士后56名。获得科技奖项14个,其中在我院实施知识创新工程10年里,2003年“克隆牛”获省级科技进步一等奖(排名第一);2006年“显微受精与生殖医学”获国家人口计生委成果一等奖(排名第一);2005年荣获由胡锦涛总书记和温家宝总理在人民大会堂亲自颁发的“哺乳动物有性(受精)和无性(克隆)生殖的实验胚胎学研究”国家自然科学二等奖(排名第一)。这是党、国家和人民对我们工作的关怀、支持和肯定。我们十分感激和珍惜。
    当我回忆我院改革开放和“科学的春天”30年的时候,我不由得首先要感谢我们敬爱的邓小平同志,他高瞻远瞩,拨乱反正提出了改革开放,使我们有了健康成长的机会。没有党中央的正确领导和党的培养,哪有我的今天。我不能忘记张致一先生和我的老师们,没有他(她)们的教育,我也不可能有成绩。我更牢记中国科学院改革开放和“科学的春天”给予了我提高和做实事的氛围与条件,否则我怎能有成就。
    今后,我一定遵照胡锦涛总书记在十七大提出的靠改革开放把祖国建设得更强大,更富强。今后如有可能,我一定会在各级领导的关怀和支持下发挥余热,贯彻科学发展观,继续解放思想,坚持改革开放,用囊胚内胚团交换新技术完成异种克隆大熊猫的研究,和以转录因子可控重编程的体细胞克隆取代卵胞质内不可控的重编程的新克隆技术来实现家畜产业化,为祖国再做贡献。