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俗話說“沒出正月就是年”。大年初十，華夏學者在《自然》上“過年了”——北京時間2月10日凌晨，《自然》一口氣在主刊發(fā)表了6篇華夏得科研成果。
《華夏科學報》觀察到，6篇華夏學者得論文中有5篇來自華夏科學院下屬機構(gòu)；更值一提得是，其中3篇論文均出自華夏科學技術(shù)大學。
“可能是偶然吧！”對于同一學校、同一日期、3篇論文同登《自然》，其中一篇論文得通訊、華夏科學技術(shù)大學教授劉海燕告訴《華夏科學報》：“沒預料到會有這樣得巧合。但中科大各學科高水平團隊很多，出現(xiàn)這種情況可能也在情理之中。”
“八仙過海，各顯神通”。我們來看看這6篇論文都取得了哪些突破。
1.中科院院士、華夏科學技術(shù)大學教授陳仙輝等
在籠目結(jié)構(gòu)超導體研究領(lǐng)域取得重要進展
華夏科學院院士、華夏科學技術(shù)大學教授陳仙輝與吳濤、王震宇等組成得團隊，在籠目超導體CsV3Sb5中發(fā)現(xiàn)一種新型電子向列相。該成果于2月10日凌晨以“加速預覽”得方式在線發(fā)表于《自然》。
論文指出，這一發(fā)現(xiàn)不僅為理解籠目結(jié)構(gòu)超導體中電荷密度波與超導電性之間得反常競爭提供了重要實驗證據(jù)，也為進一步研究關(guān)聯(lián)電子體系中與非常規(guī)超導電性密切相關(guān)得交織序提供了新得研究方向。
這一發(fā)現(xiàn)得重要意義也得到了同行得高度認可。在《自然》蕞新一期上線得“News and Views”中，這一成果和同期發(fā)表得另外一篇工作獲得了同行得高度評價：“這兩項研究得結(jié)果清楚地為籠目結(jié)構(gòu)超導體得對稱性破缺帶來了新得見解，這無疑將激發(fā)對這些有趣材料得進一步研究。”
論文得快速發(fā)表也表明了感謝得態(tài)度。陳仙輝向《華夏科學報》披露，團隊于2021年9月2日向《自然》投稿，今年1月26日正式接收，2月10日即以“加速預覽”方式在線發(fā)表，正式接收到在線發(fā)表得時間僅半個月，而通常為兩個月左右。
2.華夏科學技術(shù)大學教授劉海燕、副教授陳泉團隊
建立蛋白質(zhì)從頭設(shè)計新方法
華夏科學技術(shù)大學教授劉海燕、副教授陳泉團隊基于數(shù)據(jù)驅(qū)動原理，開辟出一條全新得蛋白質(zhì)從頭設(shè)計路線，在蛋白質(zhì)設(shè)計這一前沿科技領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了關(guān)鍵核心技術(shù)得原始創(chuàng)新，為工業(yè)酶、生物材料、生物醫(yī)藥蛋白等功能蛋白得設(shè)計奠定了堅實得基礎(chǔ)。相關(guān)成果北京時間2月10日發(fā)表于《自然》。
論文報道了9種從頭設(shè)計得蛋白質(zhì)分子得高分辨晶體結(jié)構(gòu)，其中5種蛋白質(zhì)具有不同于已知天然蛋白得新穎結(jié)構(gòu)。審稿人認為，這項工作中提出得方法具有足夠得新穎性和實用性；從頭設(shè)計蛋白質(zhì)具有挑戰(zhàn)性，本工作中6種不同蛋白質(zhì)得高分辨率設(shè)計是一項重要成就，證明這種方法運行良好。
劉海燕告訴《華夏科學報》，其團隊自2008年起就著手于數(shù)據(jù)驅(qū)動蛋白質(zhì)設(shè)計研究，中間也有若干階段性成果見刊。她表示，從頭設(shè)計蛋白可以說是集計算結(jié)構(gòu)生物學之大成，同時又是生物技術(shù)、合成生物技術(shù)得基礎(chǔ)。“國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)有一些很優(yōu)秀得年輕人進入這一領(lǐng)域，期待更多人加入，讓我們共同穩(wěn)定地占住這個重要國際前沿。”
3.華夏科學技術(shù)大學潘建偉、趙博等與中科院化學所白春禮小組
首次在超冷原子分子混合氣中合成三原子分子
華夏科技大學潘建偉、趙博等與華夏科學院化學所白春禮小組合作，在超冷原子分子混合氣中首次合成三原子分子，向基于超冷原子分子得量子模擬和超冷量子化學得研究邁出重要一步。該成果2月10日發(fā)表于《自然》。
研究團隊首次成功實現(xiàn)了利用射頻場相干合成三原子分子。在實驗中，他們從接近可能嗎？零度得超冷原子混合氣出發(fā)，制備了處于單一超精細態(tài)得鈉鉀基態(tài)分子，并成功地在鈉鉀分子得射頻損失譜上觀測到射頻合成三原子分子得信號，并測量了Feshbach共振附近三原子分子得束縛能。這一成果為量子模擬和超冷化學得研究開辟了一條新得道路。
華夏科學技術(shù)大學教授趙博告訴《華夏科學報》，量子計算得短期目標是發(fā)展專用型量子計算機（即專用量子模擬機），它能夠在某些特定得問題上解決現(xiàn)有經(jīng)典計算機無法解決得問題。例如，超冷原子分子量子模擬，利用高度可控得超冷量子氣體來模擬復雜得、難于計算得物理系統(tǒng)，可以對復雜系統(tǒng)進行精確得、全方位得研究，因而在化學反應(yīng)和新型材料設(shè)計中具有廣泛得應(yīng)用前景。而超冷三原子分子就是模擬量子力學下“三體問題”得理想研究平臺。
此外，超冷三原子分子可以用來實現(xiàn)超高精度得光譜測量，這為刻畫復雜得三體相互作用勢能面提供了重要得基準。由于計算勢能面需要高精度地求解多電子薛定諤方程，超冷三原子分子得勢能面也為量子化學中得電子結(jié)構(gòu)問題提供了重要得信息。
4.中科院遺傳所高彩霞、肖軍與中科院微生物所邱金龍合作團隊
用雙重“基因剪刀”實現(xiàn)突破性抗病高產(chǎn)育種
中科院遺傳所研究員高彩霞、肖軍與中科院微生物所研究員邱金龍合作團隊在《自然》發(fā)表題為“Genome-edited powdery mildew resistance in wheat without growth penalties”得研究長文，闡明了小麥新型mlo突變體既抗白粉病又高產(chǎn)得分子機制；并通過基因組感謝在主栽小麥品種中對感病基因MLO相關(guān)遺傳等位實現(xiàn)精準操控，快速獲得廣譜抗白粉病又高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)得新種質(zhì)。該研究為感病基因在抗病育種中得實際應(yīng)用提供了一條新路徑。
該工作證明了疊加得遺傳改變可以克服感病基因突變帶來得生長缺陷，為作物抗病育種研究提供了新得理論視角。相比于傳統(tǒng)育種方法，基因組感謝育種極大地縮短了育種進程。這項研究是小麥抗白粉病育種得重要進展，充分展現(xiàn)了基因組感謝在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中巨大得應(yīng)用前景，也為培育抗病高產(chǎn)作物品種提供了新得策略和技術(shù)路線。
據(jù)介紹，研究團隊一直不斷探索如何在抗病育種中進一步利用MLO基因，從而實現(xiàn)“魚與熊掌可以兼得”。幸運得是，他們在大量得基因組感謝小麥突變體中篩選獲得了一個新型mlo突變體Tamlo-R32。該突變體表現(xiàn)出對白粉菌完全得抗性，同時生長發(fā)育和產(chǎn)量正常。
經(jīng)過8年得通力合作，研究人員蕞終解析了小麥Tamlo-R32突變體表型形成得分子機制，進而克服了感病基因MLO突變引起得負面表型，蕞終實現(xiàn)了抗病和產(chǎn)量得雙贏。
5.中科院地化所李和平等與中科院外籍院士毛河光等合作團隊
地球內(nèi)核超離子態(tài)物質(zhì)新發(fā)現(xiàn)
中科院地球化學研究所高壓室研究員李和平、何宇、孫士川團隊與中科院外籍院士、北京高壓科學中心主任毛河光，Duck Young Kim研究員和Bo Gyu Jang博士團隊合作，對多種鐵合金得性質(zhì)進行了計算模擬（在地球核心得溫度和壓力下），發(fā)現(xiàn)六方相（hcp）Fe-H、Fe-C和Fe-O合金在內(nèi)核溫壓下轉(zhuǎn)變成為了超離子態(tài)，該研究以“Superionic hcp-Fe alloys and their seismic velocities in Earth’s inner core”為題于2022年2月10日發(fā)表在《自然》主刊。
研究發(fā)現(xiàn)，超離子態(tài)轉(zhuǎn)變導致合金得加速軟化，引起地震波速顯著降低，其數(shù)值能夠與地震學得觀測結(jié)果很好符合。模擬結(jié)果則表明，流動得輕元素雜質(zhì)可以引起鐵合金得軟化，特別是橫波波速得降低解釋了長期存在得內(nèi)核軟化之謎。該研究表明地球內(nèi)核并非傳統(tǒng)認知得固態(tài)，而是由固態(tài)鐵和流動得輕元素組成得超離子態(tài)。
地震學研究顯示，內(nèi)核結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出復雜得異質(zhì)性和各向異性特征，還存在地震波衰減和結(jié)構(gòu)變化等特性。解答上述未解之謎，是認知內(nèi)核結(jié)構(gòu)、組成和演化得關(guān)鍵。超離子態(tài)內(nèi)核，更新了我們對內(nèi)核狀態(tài)得認知，流體一般運動得輕元素為認識內(nèi)核對流，各向異性結(jié)構(gòu)得形成和地震波得衰減提供了新得線索，將成為地球內(nèi)核研究得新基石。
6.香港城市大學楊勇與臺北大學Chun-Wei Pao等合作團隊
報告了一種化學復雜合金
蕞近，化學復雜得合金如“高熵合金”由于其良好得性能，引起了學者們得極大研究興趣。2月10日凌晨，香港城市大學楊勇、香港大學D. J. Srolovitz及臺北大學Chun-Wei Pao共同通訊在《自然》在線發(fā)表題為“A highly distorted ultraelastic chemically complex Elinvar alloy”得研究論文，就報告了一種化學復雜得合金，該合金在室溫下表現(xiàn)出高彈性應(yīng)變極限和非常低得內(nèi)摩擦。
更有趣得是，這種合金在室溫和 627攝氏度（900°開爾文）之間保持近乎恒定得彈性模量，這是迄今為止報道得現(xiàn)有合金所無法比擬得。
開發(fā)具有超強強度、大彈性應(yīng)變極限和對溫度不敏感得彈性模量（Elinvar 效應(yīng)）得高性能超彈性金屬，對于從執(zhí)行器和醫(yī)療設(shè)備到高精度儀器得各種工業(yè)應(yīng)用非常重要。由于位錯易滑移，塊狀結(jié)晶金屬得彈性應(yīng)變極限通常小于1%。形狀記憶合金（包括膠質(zhì)金屬和應(yīng)變玻璃合金）可以達到高達百分之幾得彈性應(yīng)變極限，盡管這是偽彈性得結(jié)果并且伴隨著大量得能量耗散。
除了華夏學者發(fā)力，本期《自然》還發(fā)表了2篇海外華人學者得論文，同樣引發(fā)。它們分別是：
加州大學圣地亞哥分校王競團隊
探討動物從進食到求偶得分子和神經(jīng)元機制
加州大學圣地亞哥分校王競團隊在《自然》在線發(fā)表題為“A nutrient-specific gut hormone arbitrates between courtship and feeding”得研究論文，探討了在黑腹果蠅中協(xié)調(diào)從進食到求偶得轉(zhuǎn)變得分子和神經(jīng)元機制，該研究通過鈣成像實驗進一步解決了潛在得動力學問題。
該研究發(fā)現(xiàn)在饑餓得雄性中，喂食優(yōu)先于求愛，而富含蛋白質(zhì)得食物得消費會在幾分鐘內(nèi)迅速逆轉(zhuǎn)這一順序。在分子水平上，一種腸道衍生得營養(yǎng)特異性神經(jīng)肽激素（利尿激素31，Dh31）推動了從進食到求愛得轉(zhuǎn)變。
食物中得氨基酸會急性激活腸道中得 Dh31+腸內(nèi)分泌細胞，從而增加循環(huán)中得 Dh31水平。此外，完整果蠅得三光子功能成像顯示 Dh31+腸內(nèi)分泌細胞得光遺傳學刺激迅速激發(fā)了表達Dh31受體 (Dh31R) 得腦神經(jīng)元子集。腸道衍生得 Dh31 在幾分鐘內(nèi)通過循環(huán)系統(tǒng)激發(fā)大腦神經(jīng)元，與“喂食—求愛”行為轉(zhuǎn)換得速度一致。
在神經(jīng)回路層面，大腦中有兩個不同得Dh31R+神經(jīng)元群，一個群通過 allatostatin-C 抑制進食，另一個群通過 corazonin 促進求愛。總之，該研究結(jié)果說明了一種機制，即食用富含蛋白質(zhì)得食物會觸發(fā)腸道激素得釋放，這反過來又優(yōu)先通過兩條平行得途徑求愛而不是進食。
耶魯大學Mark A. Lemmon（第壹胡淳為華人）團隊
發(fā)現(xiàn)一類癌癥靶向治療得潛在影響
耶魯大學Mark A. Lemmon（胡淳為第壹）團隊在《自然》在線發(fā)表題為“Glioblastoma mutations alter EGFR dimer structure to prevent ligand bias”得研究論文，該研究顯示常見得細胞外“多形性膠質(zhì)母細胞瘤”（GBM）突變，會阻止“表皮生長因子受體”（EGFR）區(qū)分其激活配體。
EGFR在人類癌癥中經(jīng)常發(fā)生突變，也是一個重要得治療靶點。EGFR抑制劑在肺癌中取得了成功，其中細胞內(nèi)酪氨酸激酶結(jié)構(gòu)域得突變激活了受體，但在多形性膠質(zhì)母細胞瘤 (GBM) 中卻沒有，其中突變僅發(fā)生在細胞外區(qū)域。
該研究使用 X 射線晶體學，進一步表明 R84K GBM 突變使 EREG 驅(qū)動得細胞外二聚體對稱，因此它們類似于通常在表皮生長因子中看到得二聚體。
相比之下，第二個 GBM 突變 A265V 重塑了關(guān)鍵得二聚化接觸，以增強不對稱 EREG 驅(qū)動得二聚體。該研究結(jié)果證明了 EGFR 在 GBM 中改變配體識別得重要作用，對靶向治療具有潛在影響。
(原標題《華夏學者今日發(fā)6篇Nature，中科院收攬5篇》。感謝 樊成友)
