6月14日晚，權(quán)威科學(xué)雜志《Nature》（《自然》）發(fā)表了3篇來(lái)自湖北高校的研究論文。其中，武漢大學(xué)刊發(fā)兩篇，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)刊發(fā)一篇，涉及原子制造和水稻抗病、抗蟲(chóng)害領(lǐng)域。

湖北科學(xué)家的研究成果在同一天同一權(quán)威期刊上發(fā)表，讓業(yè)內(nèi)驚喜。而近年來(lái)，在鄂高校不斷產(chǎn)出高質(zhì)量科研成果，呈現(xiàn)出越來(lái)越突出的專業(yè)建設(shè)水平與科研實(shí)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(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院、高等研究院付磊教授團(tuán)隊(duì)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(duì)物質(zhì)科學(xué)領(lǐng)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(jié)構(gòu)力學(xué)、能源轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。這便是付磊教授團(tuán)隊(duì)最近利用液態(tài)金屬來(lái)實(shí)現(xiàn)原子制造的研究對(duì)象。

一般來(lái)說(shuō)，普通合金主要是由一種金屬元素主導(dǎo)的合金，而高熵合金是由多種金屬元素共同主導(dǎo)的新型合金，不同元素的物理化學(xué)性質(zhì)差異，會(huì)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(gè)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(tuán)體，但一言不合就“散伙”，盡管他們聚起來(lái)有著無(wú)限潛力，可想要將各種金屬元素“擰成一股繩”，達(dá)到“1+1+1+1+1大于N”的效果，極具挑戰(zhàn)性。

通過(guò)將反應(yīng)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(chǎn)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(xué)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(dāng)其他金屬的“黏結(jié)劑”。發(fā)現(xiàn)這一特性后，團(tuán)隊(duì)通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)證明，在大多數(shù)元素面前，鎵都能顯示出極強(qiáng)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(shí)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(yīng)體系中，不需要設(shè)定苛刻的條件——在溫和條件下就可以實(shí)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(jìn)其在多種關(guān)鍵領(lǐng)域的應(yīng)用。

相較于通過(guò)超高溫反應(yīng)、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(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，發(fā)展了液態(tài)金屬這一新型反應(yīng)體系。付磊回憶，近2年前Nature審稿時(shí)，多位審稿人直呼“不敢相信”，直到一份份實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)過(guò)嚴(yán)密計(jì)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(zhǎng)條件，制造新材料只能在一個(gè)相對(duì)狹小的范圍內(nèi)選擇，但是經(jīng)過(guò)這項(xiàng)研究，理論上絕大多數(shù)元素都可以合成高熵合金，它的應(yīng)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(lái)制作牙齒、支架，甚至是航天器尾翼，高熵合金的未來(lái)應(yīng)用不可限量?！?/p>

揭示新機(jī)制

開(kāi)發(fā)抗褐飛虱水稻新品種

生命科學(xué)學(xué)院雜交水稻全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授何光存團(tuán)隊(duì)的論文題為《三蛋白互作自我調(diào)節(jié)寄主植物抗蟲(chóng)性》，研究揭示了水稻抗褐飛虱分子機(jī)制，對(duì)于培育高產(chǎn)、抗蟲(chóng)水稻品種具有重要意義。

褐飛虱體型較小，最大的雌成蟲(chóng)體長(zhǎng)也只有4-5毫米。這種小飛蟲(chóng)看似不起眼，卻是我國(guó)和亞洲水稻生產(chǎn)中的頭號(hào)害蟲(chóng)。

長(zhǎng)期以來(lái)，武漢大學(xué)針對(duì)重大農(nóng)業(yè)害蟲(chóng)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(nóng)家種、野生稻中發(fā)掘抗褐飛虱基因，通過(guò)解析水稻抗褐飛虱機(jī)理、新種質(zhì)創(chuàng)制和育種技術(shù)突破，從而開(kāi)發(fā)抗褐飛虱水稻新品種。

在何光存的最新研究中，經(jīng)過(guò)篩選鑒定了首個(gè)被植物抗蟲(chóng)蛋白識(shí)別的昆蟲(chóng)效應(yīng)子BISP（BPH14-Interacting Salivary Protein），并揭示了BISP-BPH14-OsNBR1三蛋白互作系統(tǒng)精細(xì)調(diào)控水稻抗蟲(chóng)反應(yīng)的分子機(jī)制。

何光存介紹，褐飛虱取食時(shí)，BISP隨唾液分泌進(jìn)入水稻細(xì)胞。在感蟲(chóng)水稻中，BISP與水稻細(xì)胞質(zhì)激酶OsRLCK185結(jié)合干擾其激酶活性、抑制水稻的防御反應(yīng)，于是對(duì)于褐飛虱來(lái)說(shuō)，感蟲(chóng)水稻變得更為脆弱、更易于取食。而在含有Bph14基因的抗蟲(chóng)水稻中，BISP進(jìn)入細(xì)胞后立即與BPH14發(fā)生特異性結(jié)合，從而被BPH14識(shí)別，激發(fā)強(qiáng)烈的抗蟲(chóng)反應(yīng)，“被激發(fā)出抗蟲(chóng)反應(yīng)的水稻，褐飛虱取食艱難了，取食下降、生長(zhǎng)受阻、死亡率上升，從而阻止褐飛虱的侵害。”

但同時(shí)，高表達(dá)的BISP會(huì)持續(xù)激活BPH14，被激發(fā)出抗蟲(chóng)反應(yīng)的水稻產(chǎn)生更強(qiáng)的抗蟲(chóng)性，其生長(zhǎng)也會(huì)受到嚴(yán)重影響，比如出現(xiàn)植株變矮、抽穗期提前、產(chǎn)量下降等問(wèn)題。因此植物必須精細(xì)調(diào)控BISP蛋白量、控制植物抗性在一定水平，達(dá)到生長(zhǎng)與抗性的平衡，才能維持水稻正常生長(zhǎng)。

此外，何光存團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)，在Bph14水稻中BPH14促進(jìn)BISP與選擇性自噬受體OsNBR1互作，OsNBR1與ATG8結(jié)合，激活細(xì)胞自噬并降解BISP。BISP的降解伴隨著抗蟲(chóng)反應(yīng)的減弱直至終止，最終水稻恢復(fù)正常生長(zhǎng)。BISP-BPH14-OsNBR1三蛋白互作自我調(diào)節(jié)寄主植物抗蟲(chóng)性，在分子層面展示了褐飛虱與水稻的互作。BPH14在識(shí)別BISP激發(fā)抗蟲(chóng)反應(yīng)、三蛋白互作調(diào)控、自噬清除BISP的過(guò)程中具有至關(guān)重要的作用。

發(fā)現(xiàn)新基因

攻克水稻“癌癥”

歷時(shí)10年，發(fā)現(xiàn)一個(gè)廣譜抗病基因，并通過(guò)“分子剪刀”創(chuàng)制出新基因，對(duì)稻瘟病、白葉枯病和稻曲病實(shí)現(xiàn)抗性“加持”。華中農(nóng)業(yè)大學(xué)李國(guó)田教授團(tuán)隊(duì)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(duì)擴(kuò)大抗病基因來(lái)源，推動(dòng)作物抗病育種、植物病害綠色防控，保障國(guó)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(chǎn)量損失達(dá)數(shù)千萬(wàn)噸。培育、種植廣譜抗病品種，是實(shí)現(xiàn)稻瘟病綠色防控的最為經(jīng)濟(jì)有效的措施。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)團(tuán)隊(duì)前期聯(lián)合加州大學(xué)戴維斯分校等研究團(tuán)隊(duì)，克隆到一個(gè)廣譜抗病類病斑突變體基因RBL1，并發(fā)現(xiàn)了它如何通過(guò)調(diào)控磷脂代謝參與水稻抗病的作用機(jī)制。該基因抗病性很強(qiáng)，但產(chǎn)量很低。

在此基礎(chǔ)上，李國(guó)田教授團(tuán)隊(duì)繼續(xù)攻關(guān)，通過(guò)基因編輯創(chuàng)制了增強(qiáng)作物廣譜抗病性且穩(wěn)產(chǎn)的新基因RBL12。與傳統(tǒng)抗病基因相比，這個(gè)新基因可打破物種界限、普適性更強(qiáng)，具有巨大抗病育種應(yīng)用潛力。

“RBL12能夠廣譜抗病，顯著增強(qiáng)水稻對(duì)稻瘟病、稻曲病、白葉枯病的抗性，同時(shí)對(duì)產(chǎn)量有很好的穩(wěn)定作用。”李保田教授說(shuō)，經(jīng)研究團(tuán)隊(duì)初步測(cè)試，該基因在小麥抗銹病和紋枯病上也有顯著效果，進(jìn)一步證明其在作物抗病育種中的巨大應(yīng)用潛力。

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

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)微生物資源發(fā)掘與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、湖北洪山實(shí)驗(yàn)室李國(guó)田教授和加州大學(xué)戴維斯分校、勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Pamela C. Ronald院士為該論文共同通訊作者。李國(guó)田教授團(tuán)隊(duì)博士研究生沙干、孫鵬為論文共同第一作者，課題組多名學(xué)生及多個(gè)單位合作者共同參與了此項(xiàng)研究。

武大校長(zhǎng)張平文：

我們還要往前再進(jìn)一步

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

6月15日，武漢大學(xué)校長(zhǎng)、中國(guó)科學(xué)院院士張平文接受湖北日?qǐng)?bào)全媒記者采訪時(shí)表示，兩篇高水平論文同日發(fā)表，是學(xué)校人才強(qiáng)校和基礎(chǔ)學(xué)科建設(shè)的階段性成果。

“這個(gè)結(jié)果看似偶然，實(shí)則必然。經(jīng)過(guò)人才強(qiáng)校和基礎(chǔ)學(xué)科建設(shè)，高水平的研究成果越來(lái)越多，同期發(fā)表的概率自然會(huì)加大?！蓖瑫r(shí)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(jí)的問(wèn)題，但離世界一流大學(xué)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(huì)構(gòu)成怎樣的影響，需要時(shí)間的檢驗(yàn)?！苯衲晔俏浯蟮摹皩W(xué)科建設(shè)年”，學(xué)校將繼續(xù)引育一流人才，優(yōu)化學(xué)術(shù)生態(tài)氛圍，加強(qiáng)高水平學(xué)科建設(shè)，推進(jìn)辦學(xué)育人事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。要產(chǎn)出顛覆性的成果，要形成某個(gè)學(xué)科、領(lǐng)域的世界領(lǐng)先，我們還要往前再進(jìn)一步。

（湖北日?qǐng)?bào)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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