寫代碼的馬鈴薯醫(yī)生

文/金鳳

站在貴州省貴陽市息烽縣南撟村的馬鈴薯田中，眼前的一幕讓董莎萌心疼不已：田間大片馬鈴薯葉子和莖桿上布滿了病斑，已經(jīng)接近枯萎?！疤珣K了，這是馬鈴薯晚疫病，2000畝的馬鈴薯可能顆粒無收。”

董莎萌是南京農(nóng)業(yè)大學植物保護學院的教授，為了緩解疫情，他帶著學生連夜對患病馬鈴薯進行采樣分析。

一個月后，董莎萌和他的團隊破解了致病菌的基因組，并篩選出抗病性好的馬鈴薯品種，推薦給當?shù)厝??！懊髂?，那里的農(nóng)民就可以種這些抗病品種了?！倍日f。

追著疫情跑

在董莎萌的辦公室，常年備著戶外鞋、沖鋒衣、GPS定位儀和大量的采樣袋。一旦聽說哪里有晚疫病疫情，他背起背包，說走就走?！拔覀冓s病害，拖拖拉拉就會錯過最佳采樣時機?！?/p>

董莎萌像一位植保界的外科醫(yī)生，在全國的馬鈴薯晚疫病疫區(qū)追著疫情跑。并不是所有的致病菌破解都有貴陽這樣的好運氣。2008年我國西南地區(qū)的馬鈴薯晚疫病大爆發(fā)，專家們至今還不知道病原菌長什么樣，為什么會大爆發(fā)，所以沒法有針對性地防控。

董莎萌

準備與晚疫病打一輩子交道的董莎萌，當年是誤打誤撞進入這一行的。高考那年，他被調(diào)劑進南京農(nóng)業(yè)大學植物保護專業(yè)。陰差陽錯的選擇，終于讓他在4年后看到了價值。

董莎萌至今記得，大四在南江浦農(nóng)場田間實習看到的震撼場面，不打農(nóng)藥的農(nóng)作物一個晚上就被害蟲吃得精光，“以前覺得農(nóng)民打農(nóng)藥，是貪心，想提高產(chǎn)量，但不打藥糧食就顆粒無收，怎么辦？”

植物受害的慘狀深深戳中董莎萌，他選擇繼續(xù)深造。他在南京農(nóng)業(yè)大學碩博連讀后，又赴英國、加拿大等國的科研院所留學，研究植物微生物。

中國的馬鈴薯產(chǎn)量世界第一，國家推行了馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略，而晚疫病是馬鈴薯的頭號病害，如果弄清晚疫病流行與發(fā)病的規(guī)律，就可以少打農(nóng)藥，指導農(nóng)民精準選育，豐產(chǎn)豐收。

2014年，董莎萌回國發(fā)展，在南京農(nóng)業(yè)大學組建“作物疫病基因組學”實驗室，推動我國晚疫病監(jiān)控實現(xiàn)從傳統(tǒng)分子標記到全基因組水平，再到表觀基因組水平。

生物研究跨界大數(shù)據(jù)

在南京農(nóng)業(yè)大學理科樓的一間實驗室里，董莎萌小心翼翼地取出一盒培養(yǎng)皿，里面保存著2008年西南地區(qū)爆發(fā)馬鈴薯晚疫病疫情時的菌株，那是他歷經(jīng)4年，輾轉(zhuǎn)30多家機構(gòu)后，去年才在貴州農(nóng)科院植保所的協(xié)助下找到的。他一直沒有放棄破解它。

2015年，他集成了晚疫病基因組大數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，這款系統(tǒng)的圖像分辨率可以提高100萬倍。以往國內(nèi)外科研人員分析晚疫病菌DNA時，只能以二維視角監(jiān)測基因序列是否有變異，但DNA是立體的，每一個序列在不同角度看會有差異。這款系統(tǒng)的成像技術(shù)高了，可以看得更細致、完整了，就能捕捉晚疫病菌DNA序列中細微的結(jié)構(gòu)差別。

董莎萌透露，利用該技術(shù)，他最近在湖南、河北采集的菌株樣本中，發(fā)現(xiàn)了晚疫病的“超級菌株”。這些菌株能克服普通馬鈴薯上的幾乎所有抗病基因，令當?shù)氐鸟R鈴薯沒有招架之力?！斑@意味著，一旦條件成熟，當?shù)丶爸苓叺貐^(qū)就有晚疫病大爆發(fā)的可能?！倍皶r發(fā)現(xiàn)這一情況，就搶占了先機。

研究跨越生物學和計算科學兩個領(lǐng)域，曾一度讓董莎萌非常痛苦?！按髷?shù)據(jù)的產(chǎn)生不是問題，關(guān)鍵是分析很難，團隊都是做生物研究的，不懂大數(shù)據(jù)算法。”

此外，每個晚疫病菌株的DNA序列有幾百萬字節(jié)的數(shù)據(jù)，加上后面的三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，病菌變異速度快，田間變異種類多，所以病害發(fā)生的模擬和預(yù)測也需要大數(shù)據(jù)處理，這要求計算機的容量必須很大。

董莎萌一邊自學編程、算法，一邊四處寫信給專家、同行求助。關(guān)鍵時刻，南京農(nóng)業(yè)大學的超級計算機，為董莎萌提供了大力支持。他在劍橋大學和帝國理工大學的同門師兄弟們也分享了算法的經(jīng)驗?！皞鹘y(tǒng)計算機20多天才能完成的晚疫病致病型數(shù)據(jù)分析，現(xiàn)在2天就能分析出來?！?/p>

防治馬鈴薯“癌癥”

董莎萌在南京農(nóng)業(yè)大學搭建了馬鈴薯晚疫病卵菌菌株資源庫。這里保存著450多份具有代表性的菌株，是董莎萌所在的研究團隊用12年的時間收集來的。菌株有的來自英國、荷蘭、法國，有的來自我國馬鈴薯主產(chǎn)區(qū)的黑龍江、內(nèi)蒙古、福建、安徽、貴州、重慶等地。而不同的年代、地域標簽背后，都潛藏著一段災(zāi)荒記憶或隱患。

人類在晚疫病面前，付出了極大代價。1840年，英國愛爾蘭爆發(fā)了大饑荒，150萬人餓死，那次饑荒就是由晚疫病造成的。在我國，馬鈴薯晚疫病常年發(fā)病面積占比近40%，每年損失超70億元，是制約我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要瓶頸。

晚疫病田間變異很快，2～4年就會變異一次，不同地點、不同年份的差異很大，在氣候、土壤、水分等環(huán)境因素作用下，以及物流運輸過程中，病原菌都會發(fā)生變化，這就給晚疫病致病機制分析帶來挑戰(zhàn)。

由于每天做大量實驗，董莎萌的手一刻也停不下來，他握著一把剪刀比劃著解釋自己的開創(chuàng)性研究，“晚疫病侵染馬鈴薯，與癌細胞侵犯人體很相似，都是變異很快，一旦染病就致命，這啟發(fā)我們借鑒醫(yī)學當中對癌癥的研究，借用大數(shù)據(jù)手段提取分析晚疫病發(fā)病和變異的關(guān)鍵信息?！?/p>

不能讓疫情歷史重演，是董莎萌研究的初衷。自回國后，他用現(xiàn)代醫(yī)學理念改進我國馬鈴薯“癌癥”的防治手段，投身于馬鈴薯晚疫病組學大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的開發(fā)，繪制了27張二維的晚疫病菌全基因組圖譜、15張三維的晚疫病菌表觀基因組圖譜，以便更好地給馬鈴薯治病?！?/p>

疫情防控像是一場看不見的戰(zhàn)斗。董莎萌坦陳，做植物保護是寂寞的，很多研究平時很難直接彰顯價值，只有當疫情爆發(fā)時，才顯出意義。董莎萌的電腦桌面上放著一個PPT文件，每當科研受阻時，他就會打開，重溫其中的一頁，上面寫著：“病蟲害抗藥性與新農(nóng)藥的創(chuàng)制，不僅是科學問題，更關(guān)乎國家和民生需求。”