在华农花卉基地里，有一片虞美人每年四五月准时盛开。春去春回，虞美人开了一轮又一轮，早已是校园里习以为常的景致。很少有人会停下脚步深究，这朵看似柔弱的小花，究竟藏着怎样有趣的秘密。

▲春天，在华农花卉基地随风摇曳的虞美人（记者 徐行 摄）

直到2023年，林宗成教授带着学生采下几朵花，一个原本常规的转录组实验，竟意外打开了一扇通往全新认知的大门。

▲北京时间10月30日凌晨，林宗成教授、焦文标教授团队联合成果在《科学》杂志发表（《科学》网站截图）

北京时间10月30日凌晨，这位青年学者带领的科研团队在国际学术期刊《科学》（Science）发表成果，首次揭示了虞美人自交不亲和完整的分子遗传基础，打破了科学家一直以来对高度多态性基因座如何被编码的固有认知。

▲林宗成教授介绍研究成果（记者 徐行 摄）

林宗成和记者说，这项成果，始于“无心插柳”的偶然，成于百折不挠的坚守，依托于学科交叉的助力，得益于跨界携手的协作。

一场“跑偏”的实验，撞见反常的真相

2022年，结束海外求学的林宗成来到华中农业大学，在果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室开始组建自己的研究团队，并申请到了一项国家重点研发青年科学家项目，核心目标十分明确：利用虞美人自交不亲和基因PrpS-PrsS构建自交不亲和的作物种质资源，探索作物杂种优势利用的新模式。

大部分被子植物花朵的柱头能精准识别并拒绝自身花粉，从而避免“近交衰退”以维持种群遗传多样性，这种现象被称为自交不亲和，这是被子植物演化出的核心生存策略。过去一百多年，科学界始终认为，在同一个物种中，这套“锁与钥匙”般的精准识别系统，由同一祖先基因不断演变分化而来。虞美人的PrpS-PrsS基因对就是该领域经典的研究对象，杂交实验证实其自然种群中存在超过60种不同的S基因型，但目前只克隆出3种。

▲林宗成教授（记者 徐行 摄）

“当时的想法很朴素，就是多克隆几套不同的S基因型，筛选出效率最高的版本，用于后续作物育种。”林宗成回忆。学校花卉基地里如期盛放的虞美人成了最便利的实验材料，于是他和刚进入实验室学习的博士研究生金珂一起随机采集了几株虞美人花样本，并开展转录组测序分析。

这原本只是金珂攻读博士学位的主课题之外的一项辅助工作。此前研究果树方向的金珂跨学科进入自交不亲和领域，最初的任务只是通过转录组测序技术挖掘更多S等位基因，为创制自交不亲和的作物积累序列数据。

“二三十年前，伯明翰大学Franklin-Tong教授（林宗成教授的博士导师）课题组用简并引物PCR法只克隆到3种基因型，当时普遍认为是不同基因型间序列差异太大，导致引物匹配不上。但现在技术进步了，直接把花蕊里所有活跃表达的基因都测出来，总该能找到更多它们的‘兄弟姐妹’吧？”

可实验结果完全超出了所有人的预期：在大部分植株的转录组数据中，根本找不到PrpS-PrsS基因序列。

▲林宗成教授指导博士研究生金珂（记者 徐行 摄）

“第一反应肯定是我哪里做错了。”金珂反复核对实验流程、调整分析参数，甚至换了不同的比对方法，结果始终一致。更反常的是，这些“缺失”了PrpS-PrsS基因的植株，依然保持着严格的自交不亲和性。但按照经典理论，如果控制识别的S基因缺失，植株理应可以自交结实才对。

“基因不可能凭空消失。要么是我们技术手段有限没找到，要么还有一种可能，就是在这些植株里，根本就是另一套完全不同的系统在‘起作用’。”林宗成的判断，让一场原本常规的转录组分析研究陡然转向了一个完全崭新的方向。一个重要的科学发现，就这样在一个“美丽的意外”中悄然拉开序幕。

两年破壁寻踪，在基因组迷宫里锚定答案

怀疑的种子虽已种下，但求证的道路却远比想象中崎岖。

“最开始连最基本的无参组装都搞不好，更别说找新基因了。”金珂说，在最初的几个月里，各种分析方法她都试了个遍，始终没有突破，她一度觉得“找不到就算了”，准备把这部分工作暂时搁置。

是导师林宗成的坚持，把研究从放弃的边缘拉了回来。“实验没有什么阴性结果，不要提前给结果设预期。只要对照没问题，做出来是什么就是什么。”林宗成说的这句话，让金珂重拾信心。

既然基于转录组分析的思路走不通，那就彻底跳出框架，转向基于S位点的定位策略。但横亘在这个策略的第一道难关，是极端复杂的基因组序列。虞美人基因组庞大、杂合度高，而控制自交不亲和的S位点更是整个基因组中最“难缠”的区域。在它周围堆积着大量转座子，不同等位基因间序列差异极大，如同一片没有路标、布满岔路的迷宫。对当时几乎没有基因组研究基础的团队来说，要在其中定位一对完全未知的基因，无异于大海捞针。

▲焦文标教授团队博士研究生杜泽臻在耶鲁大学工作室（受访者 供图）

团队主动联合同在果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室的焦文标教授，引入PacBio HiFi长读长测序技术，攻克基因组组装分型的技术壁垒。焦文标团队的博士研究生杜泽臻负责基因组组装与共线性分析，通过精准的分型算法，将两个高度分化的S位点单倍型逐一厘清，为锁定候选基因区段扫除了关键障碍。

2024年春节，金珂在家没有休息。她拿到了近100Kb的S位点完整序列，对着电脑屏幕一个基因一个基因地比对结构、分析表达特征、排除非候选基因。“就像拆一个个盲盒，拆开一个不是，再拆下一个，越拆心里就越没底。”

假期结束返校的第一天，答案终于浮出水面。一对名为SOPT-SGRP的全新基因对，精准地落在S位点。它们与已知的PrpS-PrsS序列毫无同源性，却同样具备花蕊组织特异性表达的特征，完美符合S决定因子的所有特点。

▲金珂正在做实验（记者 徐行 摄）

“那天脑子嗡的一下，反复核对了好几遍坐标和序列，才敢相信真的找到了。”金珂说，她熬了整整一周，把所有转录组、基因组数据逐一验证串联，直到整条证据链完全闭环，才踏踏实实地睡了一觉。那天是2024年2月23日，正好是元宵节前一天，她在实验笔记本上郑重记下了这个日子。

找到基因只是第一步，功能验证才是真正的“硬骨头”。SOPT是一种寡肽转运蛋白，作为跨膜蛋白分子量大、结构复杂，无论是异源表达还是蛋白纯化都困难重重。“按常规的基因实验节奏，功能验证两三个月就能出结果，但这个我们竟做了一年半。”

从烟草瞬时表达到拟南芥稳定转化，一次次构建载体、一次次转化失败，团队在无数次重复中摸索表达条件、优化实验方案。大到实验路径的整体设计，小到诱导浓度的细微调整，林宗成始终和学生们一起推敲打磨。“林老师始终坚定地告诉我们方向肯定是对的，只要一步步踏实地往前走就行。”金珂回忆道。

2025年8月，新鉴定到的S基因的自交不亲和功能终于在拟南芥中得到完整验证。两套演化上毫无亲缘关系的“锁钥系统”在同一个遗传位点上并行不悖、无缝协作，共同维持着虞美人种群的繁殖选择。这个最初大胆的猜想，终于被扎实的实验数据彻底证实。

跨界联手，“吃百家饭”啃下硬骨头

回顾整个研究历程，林宗成最常挂在嘴边的一个词是“吃百家饭”。在他看来，这项成果是多学科、多单位科研人员协同攻关的结晶。

“这个课题横跨植物生殖生物学、基因组学、生物信息学、演化生物学好多个领域，靠我们一个团队根本‘啃’不下来。”林宗成说，研究的每一个关键节点，都离不开同行与伙伴的倾力相助。

▲林宗成教授与焦文标教授（左）（记者 徐行 摄）

最初发现转录组中找不到已知的PrpS-PrsS基因时，是果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室王昕研究员的专业分析，第一次从数据层面佐证了“存在替代基因”的可能性；西安交通大学叶凯教授、杨晓飞老师团队提供的高质量虞美人基因组测序结果，更让团队坚定了深挖下去的信心。

基因组组装攻坚阶段，面对S位点极高的复杂度，焦文标教授团队的加入补上了核心技术短板。杜泽臻博士专攻复杂区域的组装分型，通过共线性分析将候选范围一步步压缩，为后续基因鉴定打下了坚实基础。

最让林宗成难忘的，是一场临时组织的“线上会诊”。拿到S位点序列后，面对满是转座子的复杂区段，团队迟迟无法锚定候选基因。他召集了自己在国外求学时结识的一众好友——根特大学李臻教授、西北农林科技大学赵涛教授、南京农业大学薛佳宇教授、东北林业大学徐志超教授以及华大基因王洁雨博士，开了一场紧张却激动的线上讨论会。

“他们都是基因组分析的专家，各自有不同的技术思路和研究经验。你一言我一语，从不同角度拆解这个复杂位点，很多之前卡住的地方一下就通了。”林宗成回忆道，“那种纯粹为了解决问题的思维碰撞弥足珍贵，大家就是冲着科学真相一起使劲。”会议结束第二天，团队就通过多个个体基因组联合分析精准锁定了SOPT-SGRP这对候选基因。恰恰就在同一天，金珂通过“死磕”转录组也得到同样的结果。两种完全不同的思路，在同一天得到了同样的结果。

后续验证SOPT-SGRP的共演化关系时，团队又遇到了方法学上的瓶颈。擅长演化生物学的孙苗老师带着学生熊涛加入攻关，反复推演算法、调整分析策略，最终圆满解决了共演化分析的难题，为SOPT-SGRP这两个基因的共演化提供了关键证据。

从校内园艺学、信息学、基因组学的深度交叉，到校外多家高校、科研机构的开放联动，这项研究像一块磁铁把不同背景的科研人凝聚到了一起。“这也是基础研究的魅力所在，你永远不知道下一个环节会需要哪个领域的知识。保持开放、主动求助、乐于分享，才能走得更稳、更远。”林宗成说。

有温度的实验室，让科研生长出活力

作为一名“准90后”教授，林宗成的团队有着与众不同的活力与温度。在同学眼里，他既是科研上要求严苛的“定海神针”，也是生活中能玩到一起的朋友。

▲林宗成教授与团队同学交流（记者 徐行 摄）

“我们团队的氛围特别轻松。”金珂说，每学期初，实验室都会举办专属的“脱口秀大会”，每个人会分享科研之外的生活，无论是旅行见闻、生活趣事，还是近期烦恼，什么都可以聊。林宗成说：“大家互相了解、彼此信任，合作起来才更有默契。”

每周一到两次的羽毛球活动是实验室的固定项目。作为羽毛球狂热爱好者，林宗成总催着学生走出实验室，在球场上挥洒汗水。团建的时候，台球、唱歌、桌游，他都跟着同学们一起参与。

而轻松的氛围背后，是对科研品质的极致追求。林宗成常跟同学说，“科研就是要‘打破砂锅问到底’”。他要求学生们做的每一个实验结论都要逻辑闭环，每一个异常结果都不能轻易放过。

▲生活中的金珂（受访者 供图）

金珂刚进组时跨学科基础薄弱，是林宗成从最基础的概念讲起，用一个个问题引导她主动思考，逐步建立起完整的科研思维体系。“他不会直接告诉你答案，而是会一步步追问，推着你自己去查、去想，直到把问题彻底想透。”

在学生的成长规划上，林宗成也有着长远的眼光。他鼓励金珂博士毕业后出国开展博士后研究，去接触不同的研究领域，拓宽学术视野。“做科研不能一直待在舒适区，多接触不同的人和文化，不同的方向和思路，才能产生更多灵感。”

也正是这样张弛有度的育人理念，让这支平均年龄不到30岁的团队既有敢闯敢试的锐气，也有沉下心坐冷板凳的定力。

“最开心的永远是触摸到真相的那一刻，发论文只是水到渠成的结果。”论文正式被接收的那天，团队没有大肆庆祝。对他们来说，2024年春天找到新基因时的那份震撼与喜悦，早已盖过了论文接收的成就感。

▲林宗成教授和团队学生（记者 徐行 摄）

本科时，金珂给自己喜欢玩的一款射击类游戏账号取名“吃鸡不误CNS”（“吃鸡”是指在该款游戏中获得第一名）。当年藏在游戏ID里的青涩志向，还带着几分玩闹的意味，没想到多年后真的照进了现实。

如今，再看学校花卉基地里随风摇曳的虞美人，在林宗成和他的团队成员眼里多了一层别样的意义。未来，他们将继续深入解析这套全新系统的演化起源以及下游分子机制，探索其在作物育种中的应用潜力。这支年轻的队伍，正带着从虞美人花朵里收获的惊喜，向着更广阔的生命科学未知领域徐徐前行……

（本文作者系党委宣传部新闻中心记者 徐行）

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