俗話說“沒出正月就是年”。大年初十，中國學(xué)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篇中國作者的科研成果。

《中國科學(xué)報》觀察到，6篇中國學(xué)者的論文中有5篇來自中國科學(xué)院下屬機(jī)構(gòu)；更值一提的是，其中3篇論文均出自中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。

“可能是偶然吧！”對于同一學(xué)校、同一日期、3篇論文同登《自然》，其中一篇論文的通訊作者、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授劉海燕告訴《中國科學(xué)報》：“沒預(yù)料到會有這樣的巧合。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?！?/p>

“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、中國科學(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)展中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陳仙輝與吳濤、王震宇等組成的團(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”的方式在線發(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)電性之間的反常競爭提供了重要實(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)的交織序提供了新的研究方向。

這一發(fā)現(xiàn)的重要意義也得到了同行的高度認(rèn)可。在《自然》最新一期上線的“News and Views”中，這一成果和同期發(fā)表的另外一篇工作獲得了同行的高度評價：“這兩項(xiàng)研究的結(jié)果清楚地為籠目結(jié)構(gòu)超導(dǎo)體的對稱性破缺帶來了新的見解，這無疑將激發(fā)對這些有趣材料的進(jìn)一步研究?！?/p>

論文的快速發(fā)表也表明了編輯的態(tài)度。陳仙輝向《中國科學(xué)報》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)表的時間僅半個月，而通常為兩個月左右。

2.?中國科學(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)新方法中國科學(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)動原理，開辟出一條全新的蛋白質(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)的原始創(chuàng)新，為工業(yè)酶、生物材料、生物醫(yī)藥蛋白等功能蛋白的設(shè)計(jì)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(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(jì)的蛋白質(zhì)分子的高分辨晶體結(jié)構(gòu)，其中5種蛋白質(zhì)具有不同于已知天然蛋白的新穎結(jié)構(gòu)。審稿人認(rèn)為，這項(xiàng)工作中提出的方法具有足夠的新穎性和實(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)的高分辨率設(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《中國科學(xué)報》，其團(tuán)隊(duì)自2008年起就著手于數(shù)據(jù)驅(qū)動蛋白質(zhì)設(shè)計(jì)研究，中間也有若干階段性成果見刊。她表示，從頭設(shè)計(jì)蛋白可以說是集計(jì)算結(jié)構(gòu)生物學(xué)之大成，同時又是生物技術(shù)、合成生物技術(shù)的基礎(chǔ)?！皣鴥?nèi)現(xiàn)在已經(jīng)有一些很優(yōu)秀的年輕人進(jìn)入這一領(lǐng)域，期待更多人加入，讓我們共同穩(wěn)定地占住這個重要國際前沿?！?/p>

3. 中國科學(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中國科技大學(xué)潘建偉、趙博等與中國科學(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的量子模擬和超冷量子化學(xué)的研究邁出重要一步。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)了利用射頻場相干合成三原子分子。在實(shí)驗(yàn)中，他們從接近絕對零度的超冷原子混合氣出發(fā)，制備了處于單一超精細(xì)態(tài)的鈉鉀基態(tài)分子，并成功地在鈉鉀分子的射頻損失譜上觀測到射頻合成三原子分子的信號，并測量了Feshbach共振附近三原子分子的束縛能。這一成果為量子模擬和超冷化學(xué)的研究開辟了一條新的道路。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授趙博告訴《中國科學(xué)報》，量子計(jì)算的短期目標(biāo)是發(fā)展專用型量子計(jì)算機(jī)（即專用量子模擬機(jī)），它能夠在某些特定的問題上解決現(xiàn)有經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的問題。例如，超冷原子分子量子模擬，利用高度可控的超冷量子氣體來模擬復(fù)雜的、難于計(jì)算的物理系統(tǒng)，可以對復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行精確的、全方位的研究，因而在化學(xué)反應(yīng)和新型材料設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用前景。而超冷三原子分子就是模擬量子力學(xué)下“三體問題”的理想研究平臺。

此外，超冷三原子分子可以用來實(shí)現(xiàn)超高精度的光譜測量，這為刻畫復(fù)雜的三體相互作用勢能面提供了重要的基準(zhǔn)。由于計(jì)算勢能面需要高精度地求解多電子薛定諤方程，超冷三原子分子的勢能面也為量子化學(xué)中的電子結(jié)構(gòu)問題提供了重要的信息。

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”的研究長文，闡明了小麥新型mlo突變體既抗白粉病又高產(chǎn)的分子機(jī)制；并通過基因組編輯在主栽小麥品種中對感病基因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)的新種質(zhì)。該研究為感病基因在抗病育種中的實(shí)際應(yīng)用提供了一條新路徑。

該工作證明了疊加的遺傳改變可以克服感病基因突變帶來的生長缺陷，為作物抗病育種研究提供了新的理論視角。相比于傳統(tǒng)育種方法，基因組編輯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的重要進(jìn)展，充分展現(xiàn)了基因組編輯在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中巨大的應(yīng)用前景，也為培育抗病高產(chǎn)作物品種提供了新的策略和技術(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)“魚與熊掌可以兼得”。幸運(yùn)的是，他們在大量的基因組編輯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)出對白粉菌完全的抗性，同時生長發(fā)育和產(chǎn)量正常。

經(jīng)過8年的通力合作，研究人員最終解析了小麥Tamlo-R32突變體表型形成的分子機(jī)制，進(jìn)而克服了感病基因MLO突變引起的負(fù)面表型，最終實(shí)現(xiàn)了抗病和產(chǎn)量的雙贏。

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，對多種鐵合金的性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算模擬（在地球核心的溫度和壓力下），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)致合金的加速軟化，引起地震波速顯著降低，其數(shù)值能夠與地震學(xué)的觀測結(jié)果很好符合。模擬結(jié)果則表明，流動的輕元素雜質(zhì)可以引起鐵合金的軟化，特別是橫波波速的降低解釋了長期存在的內(nèi)核軟化之謎。該研究表明地球內(nèi)核并非傳統(tǒng)認(rèn)知的固態(tài)，而是由固態(tài)鐵和流動的輕元素組成的超離子態(tài)。

地震學(xué)研究顯示，內(nèi)核結(jié)構(gòu)展現(xiàn)出復(fù)雜的異質(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)、組成和演化的關(guān)鍵。超離子態(tài)內(nèi)核，更新了我們對內(nèi)核狀態(tài)的認(rèn)知，流體一般運(yùn)動的輕元素為認(rèn)識內(nèi)核對流，各向異性結(jié)構(gòu)的形成和地震波的衰減提供了新的線索，將成為地球內(nèi)核研究的新基石。

6. 香港城市大學(xué)楊勇與臺北大學(xué)Chun-Wei Pao等合作團(tuán)隊(duì)報告了一種化學(xué)復(fù)雜合金最近，化學(xué)復(fù)雜的合金如“高熵合金”由于其良好的性能，引起了學(xué)者們的極大研究興趣。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”的研究論文，就報告了一種化學(xué)復(fù)雜的合金，該合金在室溫下表現(xiàn)出高彈性應(yīng)變極限和非常低的內(nèi)摩擦。

更有趣的是，這種合金在室溫和 627攝氏度（900°開爾文）之間保持近乎恒定的彈性模量，這是迄今為止報道的現(xiàn)有合金所無法比擬的。

開發(fā)具有超強(qiáng)強(qiáng)度、大彈性應(yīng)變極限和對溫度不敏感的彈性模量（Elinvar 效應(yīng)）的高性能超彈性金屬，對于從執(zhí)行器和醫(yī)療設(shè)備到高精度儀器的各種工業(yè)應(yīng)用非常重要。由于位錯易滑移，塊狀結(jié)晶金屬的彈性應(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)百分之幾的彈性應(yīng)變極限，盡管這是偽彈性的結(jié)果并且伴隨著大量的能量耗散。

除了中國學(xué)者發(fā)力，本期《自然》還發(fā)表了2篇海外華人學(xué)者的論文，同樣引發(fā)關(guān)注。它們分別是：

加州大學(xué)圣地亞哥分校王競團(tuán)隊(duì)探討動物從進(jìn)食到求偶的分子和神經(jīng)元機(jī)制加州大學(xué)圣地亞哥分校王競團(tuán)隊(duì)在《自然》在線發(fā)表題為“A nutrient-specific gut hormone arbitrates between courtship and feeding”的研究論文，探討了在黑腹果蠅中協(xié)調(diào)從進(jìn)食到求偶的轉(zhuǎn)變的分子和神經(jīng)元機(jī)制，該研究通過鈣成像實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步解決了潛在的動力學(xué)問題。

該研究發(fā)現(xiàn)在饑餓的雄性中，喂食優(yōu)先于求愛，而富含蛋白質(zhì)的食物的消費(fèi)會在幾分鐘內(nèi)迅速逆轉(zhuǎn)這一順序。在分子水平上，一種腸道衍生的營養(yǎng)特異性神經(jīng)肽激素（利尿激素31，Dh31）推動了從進(jìn)食到求愛的轉(zhuǎn)變。

食物中的氨基酸會急性激活腸道中的 Dh31+腸內(nèi)分泌細(xì)胞，從而增加循環(huán)中的 Dh31水平。此外，完整果蠅的三光子功能成像顯示 Dh31+腸內(nèi)分泌細(xì)胞的光遺傳學(xué)刺激迅速激發(fā)了表達(dá)Dh31受體 (Dh31R) 的腦神經(jīng)元子集。腸道衍生的 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)換的速度一致。

在神經(jīng)回路層面，大腦中有兩個不同的Dh31R+神經(jīng)元群，一個群通過 allatostatin-C 抑制進(jìn)食，另一個群通過 corazonin 促進(jìn)求愛?？傊?，該研究結(jié)果說明了一種機(jī)制，即食用富含蛋白質(zhì)的食物會觸發(fā)腸道激素的釋放，這反過來又優(yōu)先通過兩條平行的途徑求愛而不是進(jìn)食。

耶魯大學(xué)Mark A. Lemmon（第一作者胡淳為華人）團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)一類癌癥靶向治療的潛在影響耶魯大學(xué)Mark A. Lemmon（胡淳為第一作者）團(tuán)隊(duì)在《自然》在線發(fā)表題為“Glioblastoma mutations alter EGFR dimer structure to prevent ligand bias”的研究論文，該研究顯示常見的細(xì)胞外“多形性膠質(zhì)母細(xì)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，也是一個重要的治療靶點(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)域的突變激活了受體，但在多形性膠質(zhì)母細(xì)胞瘤 (GBM) 中卻沒有，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)動的細(xì)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的二聚體。

相比之下，第二個 GBM 突變 A265V 重塑了關(guān)鍵的二聚化接觸，以增強(qiáng)不對稱 EREG 驅(qū)動的二聚體。該研究結(jié)果證明了 EGFR 在 GBM 中改變配體識別的重要作用，對靶向治療具有潛在影響。