挑战“终极疆域”的物理学跨界先锋——刘石平

截至2022年2月，华大累计培养本科生和研究生2010人次，毕业生或留在华大深耕、或去到顶尖高校深造，有的成功创业、有的成为高校教授。本期请到刘石平博士，讲述他在华大转型、求学并在生命科学领域不断挑战新研究方向的故事。

脑科学研究被誉为理解自然和人类本身的“终极疆域”，是当代自然科学面临的重大挑战之一。2021年1月，华大发布了时空组学技术Stereo-seq，该技术可实现生命全景时空分子图谱，成为全球领先的能同时实现“纳米级分辨率”和“厘米级全景视场”的原位捕获空间全转录组测序技术。研究人员利用时空组学及单细胞组学技术，能够从单细胞层面构建脑的时空动态细胞图谱、全脑三维细胞图谱、跨物种的脑演化、脑疾病时空研究，以及下一代脑机接口等方向助力脑科学研究。

  简介  

刘 石 平

遗传学博士，深圳华大生命科学研究院超级细胞所和脑科学专项主任科学家，中国科学院大学研究生导师，香港中文大学生物计算学助理教授，西北大学、郑州大学兼职教授

从事单细胞基因组学、群体遗传学、比较基因组学等生物信息研究工作10年多。参与了众多国际重大的基因组学重大科研项目，如大熊猫基因组、北极熊群体基因组、G10K、癌症单细胞计划、Human Cell Atlas 等。近五年已发表SCI论文35篇，其中Cell，Nature，Science（CNS）9篇，以第一或者通讯作者发表论文13篇。目前主要涉及的研究兴趣有生物信息学、时空多组学、脑科学等前沿领域。课题方向包括：1）比较时空组学；2）生命大数据多组学；3）脑科学和肿瘤的组学研究。

以下为专访内容：

  0 1  

小编：能否简单说一下您的教育经历，应用物理专业背景的您为什么选择来到华大？

刘石平：2006年进入华南理工大学理学院读本科，2009年大三暑假通过首届华大-华工本科创新班来到华大。2010年继续在华大-华工联合攻读遗传学博士。应用物理学专业来做生命科学，是从意外听了汪老师在华工的一个讲座开始的，而最终决定留下来是在参观完华大之后。大三上学期结束之后，我们20多个不同专业背景的学生过来参观，参观的过程中了解到当时生物信息分析的主任李瑞强是物理专业的，生物信息科学家李恒也是学物理的，物理专业转而投身生命科学并且发展的很好的例子非常多。临近参观结束，抢到了当天下午广州出发回家的火车票。因为时间紧张，华大的老师特意安排人开车送到火车站，并叮嘱如何乘车。因为一个本科生做了这样特意的安排，华大的人文关怀也触动了我。

  02  

小编：结合您的感受，您觉得华大的人才培养有什么特色？

刘石平：华大的人才培养算是独树一帜，第一个是以大目标为导向的科研设计，华大518战略也是围绕大目标的。第二个是围绕大目标的大平台支撑，平台建设需要持续的新技术研发，特别是基础底层技术，掌握在自己手里才能起到强有力的支持。第三个是大项目，从数据产出到数据分析再到数据挖掘，都由不同的专业团队支持完成。这三个“大”就支撑起了华大的科研特色，围绕大目标的大平台大项目都需要综合能力，所以无论是什么学科背景都有机会得到展示。生命科学是一个综合的学科，除了生物背景，计算机、数学、物理，甚至雷达、机械、光学等等很多学科背景都有非常好的发挥空间。而且在华大以项目带人才的培养方式下，无论是本科生还是高学历海归，都可以平等的参与到大项目中，贡献自己的才智。

  03  

小编：来到华大之后，您物理背景如何是快速接轨科研工作的？在科学研究的过程中，您物理背景有哪些优势？

刘石平：可能大家觉得有了很好的数理基础，就可以快速适应各种场景。但其实是，大学所学的量子力学、相对论等推导技巧在生信分析中好像也没啥用处。光凭高中那点生物知识储备，确实没有办法快速适应新环境，重新适应是一个痛苦的过程。只能踏踏实实跟着指导老师做项目，跟所有学生信的人一样，从perl开始学习基本的语言。幸运的是，在华大很好的科研氛围和非常有经验的老师带领下，过渡期还是很快的，一个星期看完“小骆驼”，两个星期就开始去做项目。第一个项目是被安排为收尾阶段的大熊猫项目画个小图，从最基本的图开始，然后一个个去做。无论什么背景，理论知识多好，项目都需要一点一滴去做，跨学科听起来很时髦，但也意味着需要你来一次重生似的痛苦的再适应过程。

无论是物理背景，还是其他学科转过来做生命科学的人，可能除了关注生命科学的前沿进展外，还不忘关注自己原本学科上的发展。而我也下意识一直保持着对物理、物质科学等学科的兴趣和了解前沿进展的习惯。我觉得这可能在思考问题上会引发一些遐想，或者在底层的思考方式上，更多的是无意识的与生命科学融会贯通，至于有没有起到作用没办法评估。

  大熊猫基因组的测序和组装发表《Nature》封面       

04  

小编：您读研期间就三次问鼎顶级期刊，并获得“中国青少年科技创新奖”，请您讲一下文章发表的心路历程。

刘石平：《Nature》发表的《猪蛔虫基因组草图》和子刊发表的《寄生虫基因组草图》的研究成果相对顺利一些，基本上一年左右就成功发表了。而《Cell》的北极熊基因组的文章，就比较坎坷。我们当时做了几十只北极熊个体的高深度测序，产生的数据量级在当时非常大，数据分析也非常复杂。就在获得了重大发现，并准备投稿时，因为我们提前公布了基因组数据。这时，有个国外科学家不讲武德的在没有知会我们的情况下，用华大公布的数据做出了一个重大理论突破，这个突破我们其实也早就基于数据得到了同样的结论，但他将这个点提前于我们在Science发表一篇短文。虽然我们调整了重点后，也在Cell发表了文章，也是基于大数据的研究发现一些和以往的理论不同的重大结论，甚至还纠正了以前理论的错误。但是从那时起，有一个坚定的信念在心中产生了：我欣赏理论的简单美，但我更爱数据本身，更相信数据的推导。特别是以大数据驱动为主的组学研究领域，可能数据为导向的结果就是跟已有的理论不一样，我们在对实验和数据分析的方法有信心的前提下，对所推导出来的结论更要有充分的自信。

北极熊群体基因组分析发表《Cell》封面     

05  

小编：从群体遗传学，到单细胞组学再到脑科学空间组，您一次一次突破，有什么方法经验可以分享吗？请您分享一下脑科学的前沿进展。

刘石平：相比物理学转生命科学，对我来说这只是小跨界。即使最初一直在做动植物基因组、群体遗传学，但也很关注单细胞的前沿进展，尤其我也知道华大很早就在开展单细胞研究了。当时单纯觉得个体之间的差异肯定与细胞之间的差异有非常大的区别，但本质上仍是差异，所以就有了用群体遗传学的知识去解释细胞多样性的一个简单想法。刚好当时比较关注肿瘤研究，就想着借助单细胞技术研究肿瘤的演化和适应性可能是个机会。在后来做围绕大数据挖掘的数据分析工作时，就发现二者依靠的理论是完全不一样的。群体遗传学理论已经形成，而单细胞却基本没有什么成系统的理论，只能不断摸索尝试。想要突破就需要勇于尝试，特别是改变研究方向更需要强大的勇气。

华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq，可以获得生物分子的序列和空间信息，也在我做的脑科学研究上带来变革。之前的脑科学研究其实是提出假设问题、通过观察或者电刺激等实验对假设进行验证。而我们的研究方法可能在颠覆着传统的脑科学研究，通过时空组学技术将脑细胞数字化，再基于数据去研究脑科学。现阶段我们主要在做模式生物细胞类型的分型以及研究细胞间可能的相互作用，也就是细胞时空图谱。还有一个比较有趣的研究方向是脑演化，区别于物种的演化，器官演化更多的是从拓扑结构和细胞组成去研究，我们叫做比较时空组学，其中会涉及到全新的算法和分析技巧。脑演化算是细胞组学与演化生物学的新组合，又是一个全新的挑战。

  06  

小编：博士毕业之后愿意留在华大深耕最吸引您的地方是什么？

刘石平：最初没想其他的，习惯了就留了下来，后来也慢慢印证了这个选择是正确的。在高校体制内做科研还是有局限的，有些时候高校不能够提供必要的条件。而华大却提供了更好的平台，特别是在组学数据方面，放眼全世界也非常有吸引力，不乏有一些体制内科研做得很好的科学家后来也加入华大。举个跨学科的例子，最近十几年，理论物理没什么突破，有突破的部分集中在天文学、基础粒子的实验观察，这种数据产出比较多的地方，比如LIGO、LHC等大科学项目。对整个科学进步来讲，原创技术在哪发明，原始数据在哪积累，创新很可能就在哪出现。

华大信息库实景图   

07  

小编：您觉得成为一个优秀的科研工作者，应该具备的素质是什么？毕业生应该从哪些方面重点培养这些能力呢？

刘石平：在组学大数据分析领域，首先一点是要对科研问题有好奇心，好奇心会驱使你去探索。其次，要对数据有一定的敏感性，提高数据敏感性的方法就是多读文献，无论是自己做的还是别人做的，多积累方法，总结经验。这样就不会因为有大量的数据，过于兴奋，找不到方向；也不会被数据量淹没，束手无策。最后，就是保持足够开放的心态，多交流分享。就像我们数据分析用到的很多开源软件，因为开源会有更多的人去完善你的方法，每每使用几乎都是最新的。华大大科学工程似的大项目以及这种科研模式，不是那么容易被重复或被抢先，这也给了我们开放交流的底气。

刘石平老师与学生

华大创新教育

在大科学和大产业发展的过程中，华大积极探索特色鲜明的尖端人才培养之路，倡导在项目中学习，在创造中成长。2009年与华南理工大学以“2.5+1.5”培养模式开创本科“创新班”并取得骄人的成绩，此后，陆续与武汉大学、华中科技大学、东南大学等近30所国内高校签署”创新班“联合培养协议合作培养基础科研创新人才。          

在“以项目带人才、带科研、带产业”的创新教育理念下，学院依托本科联合培养项目基础与华南理工大学、东南大学等高校深化合作，以“2.5+1.5+X”培养模式开展研究生联合培养；2012年与中国科学院大学成立中国科学院大学华大教育中心，独立招收培养硕博研究生；2018年与郑州大学、西北大学等高校合作共建二级学院，联合招收培养本、硕博研究生。同时也与哥本哈根大学、丹麦技术大学、奥尔胡斯大学、香港中文大学、香港城市大学、哈佛大学等多所境外高校开展硕博研究生联合培养、交换交流等项目合作。

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