双非高校博士首发顶刊PNAS：蚕宝宝如何助力新突破？

除了家人外，陈凯最牵挂的就是他的重要小伙伴——蚕。近日，这个最好的“搭档”为他带来了学术生涯中第一篇PNAS文章。

陈凯所在的江苏科技大学生物技术学院、农业农村部蚕桑遗传改良重点实验室谭安江教授团队，首次实现了在家蚕体内合成植物化合物甜菜红素。陈凯为该论文第一作者。

这些年，通过以蚕作为模式动物进行研究，陈凯已收获数篇论文。问及做科研的心得，他认为，做研究之前，一定要想清楚自己是否对这个工作有兴趣，否则勉强下来会很累，做科研最怕应付。

陈凯

第一次在动物上合成植物色素

何为甜菜红素？

甜菜红素是一种天然植物色素，最早提取于一种长得很像萝卜的甜菜根，又名甜菜头。甜菜红素在很多蔬菜、水果中都有，比如我们常吃的红心火龙果。因其具有抗氧化、防便秘、降血脂、提高免疫力等功效而深受人们喜爱。

“以前，甜菜红素主要从植物中提取，最主要的原料是红甜菜。传统提取技术效率低、纯度低，后来研究人员虽对技术进行了升级，但提取纯化过程仍旧烦琐，且存在残留问题。”江苏科技大学副教授陈凯在接受《中国科学报》采访时表示。

谭安江研究员很早就有了在动物上做植物色素研究的想法。2021年，从中国科学院分子植物科学卓越创新中心博士毕业的陈凯，加入到谭安江团队，开启了这项研究。

这是一次零的突破，在此之前从未有人在动物里合成过甜菜红素。因为天然植物色素的生物合成通路很复杂，在动物体内表达非常困难。

“蚕是天然的生物反应器，我们以酪氨酸为底物，通过遗传转化在蚕体内导入关键的3个基因，分别是CYP76AD1、DODA和Glucosyltransferase，经过3个酶促反应和一些自发反应，靠蚕体自身合成甜菜红素。”陈凯介绍。

这些甜菜红素主要在幼虫丝腺中合成并积累，伴随着吐丝过程分泌到蚕茧中，形成的蚕茧呈现明显的红色。

普通蚕茧与含有甜菜红素的红色蚕茧

并且，只要把这些红色的蚕茧在水里泡一下，这种植物色素就能析出溶解在水里。通过这种方法很容易就能把甜菜红素提取出来，其含量是14.4微克/毫克。

“经过我们的检测，提取了甜菜红素后的蚕茧品质并未受影响。该研究不仅破解了甜菜红素的提取难题，还可以实现2种收益：一是蚕丝本身，二是额外获得的甜菜红色素，大大提高了蚕产业价值，可谓一举两得。”陈凯说。

更重要的是，科研团队证明了可以在昆虫中成功实现跨界之间的异源表达，为天然化合物的异质生物合成提供了一个重要参考。

投稿最顺的一次，仅用了2个月

在2021年研究初启时，陈凯从没想过自己的研究会登上顶刊。在此之前，他也不具备向顶刊投稿的经验。

但是，当团队在蚕茧上获得了甜菜红素时，大家怀着激动的心情，决定冲一冲PNAS。毕竟，这是史无前例的发现。

2022年年底，团队已经基本完成数据的采集工作，今年初又补做了一些实验。文章经过两个多月的打磨，终于在4月19日投出。

这篇承载着诸多期许的文章一经投出，陈凯的一颗心就再也没有安稳过。他天天查看文章的实时状态，当看到被送审时，紧绷的神经终于稍微松快了一些。“我研究过别人投顶刊的经验，像PNAS送审的概率大约是10%，只要送审了希望就很大。”

投稿一个月后，团队收到了两位审稿人比较正面的意见，这相当于成功了一半。两位审稿人都认为这项研究很有意思，并提出了一个相同的问题：通过遗传转化把3个基因导入蚕体内发生反应，在表达甜菜红素后，是否会影响蚕的健康生长、正常孵化，对蚕本身是有益还是有害？

为了回答审稿人的疑问，团队补充做了一些实验，捕捉到表达甜菜红素的蚕更加抗饿。针对生长影响的问题，他们又补充做了相关实验，统计了蚕的生长曲线、孵化率。得出的结论是，表达甜菜红素的蚕完全可以健康生长和正常孵化。

审稿意见回复发出后，审稿人都比较满意。这篇论文仅用了2个月时间，在6月27日就被提示接收。这是陈凯投稿最顺畅的一次，他认为有一定的运气加持。

回想起自己写人生第一篇论文时，无论写稿、投稿都是举步维艰。“最后拿去让师姐和导师看的时候，都感觉写得像垃圾一样，后面又花了很多精力，改了半年左右才投稿。我只能自我宽慰，做科研没捷径，而且自己也不是天才，这些困难都是必经之路。”

为了不受困于英语表达，在写作上拖后腿，陈凯埋进了一堆堆的文献里，模仿别人的遣词造句和行文逻辑。日复一日练习，第二篇、第三篇……越写越顺手，这条沟壑终于成功迈过。

对他来说，这篇发表在PNAS上的文章，既是一份满意的答卷，也是一个崭新的开始。

谭安江团队

如果有机会，想去更广大的天地开阔眼界

陈凯与蚕结缘于2015年。从西北工业大学本科毕业的他，考到中国科学院分子植物科学卓越创新中心硕博连读。刚到实验室，他的第一件事就是学养蚕。

最初，看着那些以果蝇为模式动物的同行们，陈凯总是投出羡慕的目光。比起养蚕，养果蝇更轻松些，果蝇相对比较“皮实”，放置半个月不闻不问也无大碍，而且生长周期很短，有利于提高研究效率。

蚕可“娇贵”得很。比如，当蚕处于幼年时，所用的桑叶要非常嫩，当长大一点儿则需要用老一点儿的桑叶；当蚕在蜕皮时，需要让它所处的环境保持干燥。养蚕可是一门精细活。

“每天得喂两次，早上去实验室，自己还饿着肚子，却先惦记着喂蚕。”陈凯说，有一次去苏州玩，早上出发前到实验室喂了蚕，玩了一圈晚上再赶回来喂第二顿。

若碰上出差，陈凯只能将这些“心上蚕”交由学生照料。但有些学生因为经验不足，养死了一批，令他很是心疼。因为蚕的生长周期相对较长，失去一批很影响研究进度。所以，能亲力亲为的事情，陈凯都不愿假手他人，至今依然如此。

一向做事细致的他，已然练就了能马上识别蚕是否有异样的“火眼金睛”，通过看就能判断蚕是否感染细菌或病毒。他笑着说，可能这辈子都要跟蚕打交道了。

陈凯一直认为自己并非天赋异禀的人，更多靠的是重复积累经验。他曾经也有过一阵难熬的阶段。“在读博第二年下学期开始，我很想做出成绩，但基本毫无进展，心里有些着急，因为所剩的时间不多了，于是开始疯狂做实验。那段时间经常从早上七八点一直干到凌晨两三点。”

主要做什么呢？就是反复练习显微注射，这是今后研究中每一次做转基因都要用到的基本技能。

显微注射虽然很基础，但是对刚入门的人来说比较困难。按每天要注射10个基因、每个转基因要打500粒卵来算，也就是每天要注射5000粒卵，如此大的工程，非常耗时耗力。

虽然过程很单一，每天都在机械地重复，但陈凯从不应付了事，他说自己是靠着内驱动力撑下来的。无论是培养基础技能，还是去天马行空地搞创新，人的心理素质一定要好，要学会乐观积极面对。

“压力肯定有，各行各业都有压力，只要你想做得更好，肯定要付出更多的精力和代价。虽然来到高校任职相对比较自由，但我现在除了吃饭、睡觉外，基本都‘泡’在实验室，科研作息还是和在研究所时一样，已经习惯了。”陈凯说。

陈凯心里还埋藏着一件憾事，博士毕业那年正逢新冠疫情，他失去了出国做博士后的机会。“老在一个地方待着，眼界会受限。如果有可能，我还是想到更广的天地去学习，让科学研究碰撞出更多的火花。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2306322120