科學(xué)網(wǎng)公號(hào)
俗話說(shuō)“沒(méi)出正月就是年”。大年初十，華夏學(xué)者在《自然》上“過(guò)年了”——北京時(shí)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(xué)報(bào)》觀察到，6篇華夏學(xué)者得論文中有5篇來(lái)自華夏科學(xué)院下屬機(jī)構(gòu)；更值一提得是，其中3篇論文均出自華夏科學(xué)技術(shù)大學(xué)。
“可能是偶然吧！”對(duì)于同一學(xué)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(xué)技術(shù)大學(xué)教授劉海燕告訴《華夏科學(xué)報(bào)》：“沒(méi)預(yù)料到會(huì)有這樣得巧合。但中科大各學(xué)科高水平團(tuán)隊(duì)很多，出現(xiàn)這種情況可能也在情理之中。”
“八仙過(guò)海，各顯神通”。我們來(lái)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(xué)技術(shù)大學(xué)教授陳仙輝等
在籠目結(jié)構(gòu)超導(dǎo)體研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展
華夏科學(xué)院院士、華夏科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陳仙輝與吳濤、王震宇等組成得團(tuán)隊(duì)，在籠目超導(dǎo)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(yù)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(dǎo)體中電荷密度波與超導(dǎo)電性之間得反常競(jìng)爭(zhēng)提供了重要實(shí)驗(yàn)證據(jù)，也為進(jìn)一步研究關(guān)聯(lián)電子體系中與非常規(guī)超導(dǎo)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(rèn)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(píng)價(jià)：“這兩項(xiàng)研究得結(jié)果清楚地為籠目結(jié)構(gòu)超導(dǎo)體得對(duì)稱(chēng)性破缺帶來(lái)了新得見(jiàn)解，這無(wú)疑將激發(fā)對(duì)這些有趣材料得進(jìn)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(xué)報(bào)》披露，團(tuán)隊(duì)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(yù)覽”方式在線發(fā)表，正式接收到在線發(fā)表得時(shí)間僅半個(gè)月，而通常為兩個(gè)月左右。
2.華夏科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授劉海燕、副教授陳泉團(tuán)隊(duì)
建立蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)新方法
華夏科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授劉海燕、副教授陳泉團(tuán)隊(duì)基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)原理，開(kāi)辟出一條全新得蛋白質(zhì)從頭設(shè)計(jì)路線，在蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)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(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)得基礎(chǔ)。相關(guān)成果北京時(shí)間2月10日發(fā)表于《自然》。
論文報(bào)道了9種從頭設(shè)計(jì)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(rèn)為，這項(xiàng)工作中提出得方法具有足夠得新穎性和實(shí)用性；從頭設(shè)計(jì)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(jì)是一項(xiàng)重要成就，證明這種方法運(yùn)行良好。
劉海燕告訴《華夏科學(xué)報(bào)》，其團(tuán)隊(duì)自2008年起就著手于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究，中間也有若干階段性成果見(jiàn)刊。她表示，從頭設(shè)計(jì)蛋白可以說(shuō)是集計(jì)算結(jié)構(gòu)生物學(xué)之大成，同時(shí)又是生物技術(shù)、合成生物技術(shù)得基礎(chǔ)。“國(guó)內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)有一些很優(yōu)秀得年輕人進(jìn)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(gè)重要國(guó)際前沿。”
3.華夏科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉、趙博等與中科院化學(xué)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(xué)潘建偉、趙博等與華夏科學(xué)院化學(xué)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(xué)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(tuán)隊(duì)首次成功實(shí)現(xiàn)了利用射頻場(chǎng)相干合成三原子分子。在實(shí)驗(yàn)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(xì)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(cè)到射頻合成三原子分子得信號(hào)，并測(cè)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(xué)得研究開(kāi)辟了一條新得道路。
華夏科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授趙博告訴《華夏科學(xué)報(bào)》，量子計(jì)算得短期目標(biāo)是發(fā)展專(zhuān)用型量子計(jì)算機(jī)（即專(zhuān)用量子模擬機(jī)），它能夠在某些特定得問(wèn)題上解決現(xiàn)有經(jīng)典計(jì)算機(jī)無(wú)法解決得問(wèn)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(lái)模擬復(fù)雜得、難于計(jì)算得物理系統(tǒng)，可以對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行精確得、全方位得研究，因而在化學(xué)反應(yīng)和新型材料設(shè)計(jì)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(xué)下“三體問(wèn)題”得理想研究平臺(tái)。
此外，超冷三原子分子可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)超高精度得光譜測(cè)量，這為刻畫(huà)復(fù)雜得三體相互作用勢(shì)能面提供了重要得基準(zhǔn)。由于計(jì)算勢(shì)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(shì)能面也為量子化學(xué)中得電子結(jié)構(gòu)問(wèn)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(tuán)隊(duì)
用雙重“基因剪刀”實(shí)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(tuán)隊(duì)在《自然》發(fā)表題為“Genome-edited powdery mildew resistance in wheat without growth penalties”得研究長(zhǎng)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(jī)制；并通過(guò)基因組感謝在主栽小麥品種中對(duì)感病基因MLO相關(guān)遺傳等位實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)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(shí)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(lái)得生長(zhǎng)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(jìn)程。這項(xiàng)研究是小麥抗白粉病育種得重要進(jìn)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(tuán)隊(duì)一直不斷探索如何在抗病育種中進(jìn)一步利用MLO基因，從而實(shí)現(xiàn)“魚(yú)與熊掌可以兼得”。幸運(yùn)得是，他們?cè)诖罅康没蚪M感謝小麥突變體中篩選獲得了一個(gè)新型mlo突變體Tamlo-R32。該突變體表現(xiàn)出對(duì)白粉菌完全得抗性，同時(shí)生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量正常。
經(jīng)過(guò)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(jī)制，進(jìn)而克服了感病基因MLO突變引起得負(fù)面表型，蕞終實(shí)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(tuán)隊(duì)
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(xué)研究所高壓室研究員李和平、何宇、孫士川團(tuán)隊(duì)與中科院外籍院士、北京高壓科學(xué)中心主任毛河光，Duck Young Kim研究員和Bo Gyu Jang博士團(tuán)隊(duì)合作，對(duì)多種鐵合金得性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)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(dǎo)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(xué)得觀測(cè)結(jié)果很好符合。模擬結(jié)果則表明，流動(dòng)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(zhǎng)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(rèn)知得固態(tài)，而是由固態(tài)鐵和流動(dòng)得輕元素組成得超離子態(tài)。
地震學(xué)研究顯示，內(nèi)核結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出復(fù)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(rèn)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(duì)內(nèi)核狀態(tài)得認(rèn)知，流體一般運(yùn)動(dòng)得輕元素為認(rèn)識(shí)內(nèi)核對(duì)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(xué)楊勇與臺(tái)北大學(xué)Chun-Wei Pao等合作團(tuán)隊(duì)
報(bào)告了一種化學(xué)復(fù)雜合金
蕞近，化學(xué)復(fù)雜得合金如“高熵合金”由于其良好得性能，引起了學(xué)者們得極大研究興趣。2月10日凌晨，香港城市大學(xué)楊勇、香港大學(xué)D. J. Srolovitz及臺(tái)北大學(xué)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(bào)告了一種化學(xué)復(fù)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(kāi)爾文）之間保持近乎恒定得彈性模量，這是迄今為止報(bào)道得現(xiàn)有合金所無(wú)法比擬得。
開(kāi)發(fā)具有超強(qiáng)強(qiáng)度、大彈性應(yīng)變極限和對(duì)溫度不敏感得彈性模量（Elinvar 效應(yīng)）得高性能超彈性金屬，對(duì)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(cuò)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(dá)到高達(dá)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(xué)者發(fā)力，本期《自然》還發(fā)表了2篇海外華人學(xué)者得論文，同樣引發(fā)。它們分別是：
加州大學(xué)圣地亞哥分校王競(jìng)團(tuán)隊(duì)
探討動(dòng)物從進(jìn)食到求偶得分子和神經(jīng)元機(jī)制
加州大學(xué)圣地亞哥分校王競(jìng)團(tuán)隊(duì)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(jìn)食到求偶得轉(zhuǎn)變得分子和神經(jīng)元機(jī)制，該研究通過(guò)鈣成像實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步解決了潛在得動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。
該研究發(fā)現(xiàn)在饑餓得雄性中，喂食優(yōu)先于求愛(ài)，而富含蛋白質(zhì)得食物得消費(fèi)會(huì)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(yíng)養(yǎng)特異性神經(jīng)肽激素（利尿激素31，Dh31）推動(dòng)了從進(jìn)食到求愛(ài)得轉(zhuǎn)變。
食物中得氨基酸會(huì)急性激活腸道中得 Dh31+腸內(nèi)分泌細(xì)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(xì)胞得光遺傳學(xué)刺激迅速激發(fā)了表達(dá)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(guò)循環(huán)系統(tǒng)激發(fā)大腦神經(jīng)元，與“喂食—求愛(ài)”行為轉(zhuǎn)換得速度一致。
在神經(jīng)回路層面，大腦中有兩個(gè)不同得Dh31R+神經(jīng)元群，一個(gè)群通過(guò) allatostatin-C 抑制進(jìn)食，另一個(gè)群通過(guò) corazonin 促進(jìn)求愛(ài)。總之，該研究結(jié)果說(shuō)明了一種機(jī)制，即食用富含蛋白質(zhì)得食物會(huì)觸發(fā)腸道激素得釋放，這反過(guò)來(lái)又優(yōu)先通過(guò)兩條平行得途徑求愛(ài)而不是進(jìn)食。
耶魯大學(xué)Mark A. Lemmon（第壹胡淳為華人）團(tuán)隊(duì)
發(fā)現(xiàn)一類(lèi)癌癥靶向治療得潛在影響
耶魯大學(xué)Mark A. Lemmon（胡淳為第壹）團(tuán)隊(duì)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(jiàn)得細(xì)胞外“多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤”（GBM）突變，會(huì)阻止“表皮生長(zhǎng)因子受體”（EGFR）區(qū)分其激活配體。
EGFR在人類(lèi)癌癥中經(jīng)常發(fā)生突變，也是一個(gè)重要得治療靶點(diǎn)。EGFR抑制劑在肺癌中取得了成功，其中細(xì)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(xì)胞瘤 (GBM) 中卻沒(méi)有，其中突變僅發(fā)生在細(xì)胞外區(qū)域。
該研究使用 X 射線晶體學(xué)，進(jìn)一步表明 R84K GBM 突變使 EREG 驅(qū)動(dòng)得細(xì)胞外二聚體對(duì)稱(chēng)，因此它們類(lèi)似于通常在表皮生長(zhǎng)因子中看到得二聚體。
相比之下，第二個(gè) GBM 突變 A265V 重塑了關(guān)鍵得二聚化接觸，以增強(qiáng)不對(duì)稱(chēng) EREG 驅(qū)動(dòng)得二聚體。該研究結(jié)果證明了 EGFR 在 GBM 中改變配體識(shí)別得重要作用，對(duì)靶向治療具有潛在影響。
(原標(biāo)題《華夏學(xué)者今日發(fā)6篇Nature，中科院收攬5篇》。感謝 樊成友)
