6月14日晚，權威科學雜志《Nature》（《自然》）發(fā)表了3篇來自湖北高校的研究論文。其中，武漢大學刊發(fā)兩篇，華中農業(yè)大學刊發(fā)一篇，涉及原子制造和水稻抗病、抗蟲害領域。

湖北科學家的研究成果在同一天同一權威期刊上發(fā)表，讓業(yè)內驚喜。而近年來，在鄂高校不斷產出高質量科研成果，呈現(xiàn)出越來越突出的專業(yè)建設水平與科研實力。

挑戰(zhàn)不可能

【資料圖】

把各種金屬元素“擰成一股繩”

武漢大學化學與分子科學學院、高等研究院付磊教授團隊的論文題為《液態(tài)金屬用于高熵合金納米顆粒的合成》，研究對物質科學領域原子制造具有重要意義。

高熵合金是一種由5種及以上主元金屬組成的新型合金，在極端條件下結構力學、能源轉換與存儲、醫(yī)療器械等領域具有重要的應用前景。這便是付磊教授團隊最近利用液態(tài)金屬來實現(xiàn)原子制造的研究對象。

一般來說，普通合金主要是由一種金屬元素主導的合金，而高熵合金是由多種金屬元素共同主導的新型合金，不同元素的物理化學性質差異，會限制元素間的均勻混溶，不僅理想的高熵態(tài)難以獲得，元素的選擇也備受限制。付磊形容，就像四五個有著不同文化背景、性格差異明顯的人，其中既有各自的小團體，但一言不合就“散伙”，盡管他們聚起來有著無限潛力，可想要將各種金屬元素“擰成一股繩”，達到“1+1+1+1+1大于N”的效果，極具挑戰(zhàn)性。

通過將反應溫度升高至大約2000攝氏度后瞬間降溫，能夠得到較為穩(wěn)定的高熵合金產物，但條件極為苛刻，并不利于推廣，而且存在潛在“散伙”可能性。

2019年3月，付磊的學生、文章第一作者曹光輝、梁晶晶、楊柯娜等人偶然發(fā)現(xiàn)，鎵這種液體金屬可以充當其他金屬的“黏結劑”。發(fā)現(xiàn)這一特性后，團隊通過大量實驗證明，在大多數(shù)元素面前，鎵都能顯示出極強的親和力，可以與其他四五種金屬中的任何一種完美混合，實現(xiàn)溫和條件下各類高熵合金體系的原子制造。此外，在這種液態(tài)金屬反應體系中，不需要設定苛刻的條件——在溫和條件下就可以實現(xiàn)高熵合金的多組元混溶，極大拓展了高熵合金的組分選擇空間，有望促進其在多種關鍵領域的應用。

相較于通過超高溫反應、急速淬火等方式克服原子間不混溶性從而保持高熵態(tài)的傳統(tǒng)思路，付磊團隊獨辟蹊徑，發(fā)展了液態(tài)金屬這一新型反應體系。付磊回憶，近2年前Nature審稿時，多位審稿人直呼“不敢相信”，直到一份份實驗數(shù)據(jù)和經過嚴密計算的理論模擬擺在眼前，這份研究成果終于得以發(fā)表。

付磊介紹，以往的高熵合金受制于元素配比和苛刻的生長條件，制造新材料只能在一個相對狹小的范圍內選擇，但是經過這項研究，理論上絕大多數(shù)元素都可以合成高熵合金，它的應用將呈幾何形式上升?！案鶕?jù)高熵合金的不同特性可以用來制作牙齒、支架，甚至是航天器尾翼，高熵合金的未來應用不可限量。”

揭示新機制

開發(fā)抗褐飛虱水稻新品種

生命科學學院雜交水稻全國重點實驗室教授何光存團隊的論文題為《三蛋白互作自我調節(jié)寄主植物抗蟲性》，研究揭示了水稻抗褐飛虱分子機制，對于培育高產、抗蟲水稻品種具有重要意義。

褐飛虱體型較小，最大的雌成蟲體長也只有4-5毫米。這種小飛蟲看似不起眼，卻是我國和亞洲水稻生產中的頭號害蟲。

長期以來，武漢大學針對重大農業(yè)害蟲褐飛虱防治的世界性難題，聚焦水稻抗褐飛虱基因發(fā)掘與育種利用，在傳統(tǒng)農家種、野生稻中發(fā)掘抗褐飛虱基因，通過解析水稻抗褐飛虱機理、新種質創(chuàng)制和育種技術突破，從而開發(fā)抗褐飛虱水稻新品種。

在何光存的最新研究中，經過篩選鑒定了首個被植物抗蟲蛋白識別的昆蟲效應子BISP（BPH14-Interacting Salivary Protein），并揭示了BISP-BPH14-OsNBR1三蛋白互作系統(tǒng)精細調控水稻抗蟲反應的分子機制。

何光存介紹，褐飛虱取食時，BISP隨唾液分泌進入水稻細胞。在感蟲水稻中，BISP與水稻細胞質激酶OsRLCK185結合干擾其激酶活性、抑制水稻的防御反應，于是對于褐飛虱來說，感蟲水稻變得更為脆弱、更易于取食。而在含有Bph14基因的抗蟲水稻中，BISP進入細胞后立即與BPH14發(fā)生特異性結合，從而被BPH14識別，激發(fā)強烈的抗蟲反應，“被激發(fā)出抗蟲反應的水稻，褐飛虱取食艱難了，取食下降、生長受阻、死亡率上升，從而阻止褐飛虱的侵害?！?/p>

但同時，高表達的BISP會持續(xù)激活BPH14，被激發(fā)出抗蟲反應的水稻產生更強的抗蟲性，其生長也會受到嚴重影響，比如出現(xiàn)植株變矮、抽穗期提前、產量下降等問題。因此植物必須精細調控BISP蛋白量、控制植物抗性在一定水平，達到生長與抗性的平衡，才能維持水稻正常生長。

此外，何光存團隊還發(fā)現(xiàn)，在Bph14水稻中BPH14促進BISP與選擇性自噬受體OsNBR1互作，OsNBR1與ATG8結合，激活細胞自噬并降解BISP。BISP的降解伴隨著抗蟲反應的減弱直至終止，最終水稻恢復正常生長。BISP-BPH14-OsNBR1三蛋白互作自我調節(jié)寄主植物抗蟲性，在分子層面展示了褐飛虱與水稻的互作。BPH14在識別BISP激發(fā)抗蟲反應、三蛋白互作調控、自噬清除BISP的過程中具有至關重要的作用。

發(fā)現(xiàn)新基因

攻克水稻“癌癥”

歷時10年，發(fā)現(xiàn)一個廣譜抗病基因，并通過“分子剪刀”創(chuàng)制出新基因，對稻瘟病、白葉枯病和稻曲病實現(xiàn)抗性“加持”。華中農業(yè)大學李國田教授團隊牽頭完成的研究成果《基因編輯磷脂合成酶賦予水稻廣譜抗病性》，對擴大抗病基因來源，推動作物抗病育種、植物病害綠色防控，保障國家糧食安全有重要意義。

稻瘟病被稱為“水稻癌癥”，是一種毀滅性的真菌病害，廣泛分布于世界各稻區(qū)，全球每年因稻瘟病造成的產量損失達數(shù)千萬噸。培育、種植廣譜抗病品種，是實現(xiàn)稻瘟病綠色防控的最為經濟有效的措施。

華中農業(yè)大學團隊前期聯(lián)合加州大學戴維斯分校等研究團隊，克隆到一個廣譜抗病類病斑突變體基因RBL1，并發(fā)現(xiàn)了它如何通過調控磷脂代謝參與水稻抗病的作用機制。該基因抗病性很強，但產量很低。

在此基礎上，李國田教授團隊繼續(xù)攻關，通過基因編輯創(chuàng)制了增強作物廣譜抗病性且穩(wěn)產的新基因RBL12。與傳統(tǒng)抗病基因相比，這個新基因可打破物種界限、普適性更強，具有巨大抗病育種應用潛力。

“RBL12能夠廣譜抗病，顯著增強水稻對稻瘟病、稻曲病、白葉枯病的抗性，同時對產量有很好的穩(wěn)定作用?！崩畋Ｌ锝淌谡f，經研究團隊初步測試，該基因在小麥抗銹病和紋枯病上也有顯著效果，進一步證明其在作物抗病育種中的巨大應用潛力。

據(jù)介紹，田間試驗分析顯示，RBL12穩(wěn)產且具有顯著的抗稻瘟病能力，在稻瘟病害嚴重發(fā)生時能夠挽救約40%產量損失。

華中農業(yè)大學農業(yè)微生物資源發(fā)掘與利用全國重點實驗室、湖北洪山實驗室李國田教授和加州大學戴維斯分校、勞倫斯伯克利國家實驗室Pamela C. Ronald院士為該論文共同通訊作者。李國田教授團隊博士研究生沙干、孫鵬為論文共同第一作者，課題組多名學生及多個單位合作者共同參與了此項研究。

武大校長張平文：

我們還要往前再進一步

武漢大學兩項重要科研成果同日發(fā)表在《Nature》（《自然》）上，既是武漢大學建校130年來的第一次，也是湖北高校首次。

6月15日，武漢大學校長、中國科學院院士張平文接受湖北日報全媒記者采訪時表示，兩篇高水平論文同日發(fā)表，是學校人才強校和基礎學科建設的階段性成果。

“這個結果看似偶然，實則必然。經過人才強校和基礎學科建設，高水平的研究成果越來越多，同期發(fā)表的概率自然會加大。”同時他也表示，發(fā)一篇nature science，證明我們做得非常優(yōu)秀，解決了一些世界級的問題，但離世界一流大學還不夠?！斑@些文章的發(fā)表，就像投下一顆石頭，泛起的漣漪有多大，還會構成怎樣的影響，需要時間的檢驗?！苯衲晔俏浯蟮摹皩W科建設年”，學校將繼續(xù)引育一流人才，優(yōu)化學術生態(tài)氛圍，加強高水平學科建設，推進辦學育人事業(yè)高質量發(fā)展。要產出顛覆性的成果，要形成某個學科、領域的世界領先，我們還要往前再進一步。

（湖北日報全媒記者 田佩雯 韓曉玲 通訊員 吳江龍 武柳青 蔣朝常）

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