三项重大成果同日上《自然》，都是湖北的！-全球观焦点

来源：湖北日报 2023-06-16 19:47:22

6月14日晚，权威科学杂志《Nature》（《自然》）发表了3篇来自湖北高校的研究论文。其中，武汉大学刊发两篇，华中农业大学刊发一篇，涉及原子制造和水稻抗病、抗虫害领域。

湖北科学家的研究成果在同一天同一权威期刊上发表，让业内惊喜。而近年来，在鄂高校不断产出高质量科研成果，呈现出越来越突出的专业建设水平与科研实力。

挑战不可能

【资料图】

把各种金属元素“拧成一股绳”

武汉大学化学与分子科学学院、高等研究院付磊教授团队的论文题为《液态金属用于高熵合金纳米颗粒的合成》，研究对物质科学领域原子制造具有重要意义。

高熵合金是一种由5种及以上主元金属组成的新型合金，在极端条件下结构力学、能源转换与存储、医疗器械等领域具有重要的应用前景。这便是付磊教授团队最近利用液态金属来实现原子制造的研究对象。

一般来说，普通合金主要是由一种金属元素主导的合金，而高熵合金是由多种金属元素共同主导的新型合金，不同元素的物理化学性质差异，会限制元素间的均匀混溶，不仅理想的高熵态难以获得，元素的选择也备受限制。付磊形容，就像四五个有着不同文化背景、性格差异明显的人，其中既有各自的小团体，但一言不合就“散伙”，尽管他们聚起来有着无限潜力，可想要将各种金属元素“拧成一股绳”，达到“1+1+1+1+1大于N”的效果，极具挑战性。

通过将反应温度升高至大约2000摄氏度后瞬间降温，能够得到较为稳定的高熵合金产物，但条件极为苛刻，并不利于推广，而且存在潜在“散伙”可能性。

2019年3月，付磊的学生、文章第一作者曹光辉、梁晶晶、杨柯娜等人偶然发现，镓这种液体金属可以充当其他金属的“黏结剂”。发现这一特性后，团队通过大量实验证明，在大多数元素面前，镓都能显示出极强的亲和力，可以与其他四五种金属中的任何一种完美混合，实现温和条件下各类高熵合金体系的原子制造。此外，在这种液态金属反应体系中，不需要设定苛刻的条件——在温和条件下就可以实现高熵合金的多组元混溶，极大拓展了高熵合金的组分选择空间，有望促进其在多种关键领域的应用。

相较于通过超高温反应、急速淬火等方式克服原子间不混溶性从而保持高熵态的传统思路，付磊团队独辟蹊径，发展了液态金属这一新型反应体系。付磊回忆，近2年前Nature审稿时，多位审稿人直呼“不敢相信”，直到一份份实验数据和经过严密计算的理论模拟摆在眼前，这份研究成果终于得以发表。

付磊介绍，以往的高熵合金受制于元素配比和苛刻的生长条件，制造新材料只能在一个相对狭小的范围内选择，但是经过这项研究，理论上绝大多数元素都可以合成高熵合金，它的应用将呈几何形式上升。“根据高熵合金的不同特性可以用来制作牙齿、支架，甚至是航天器尾翼，高熵合金的未来应用不可限量。”

揭示新机制

开发抗褐飞虱水稻新品种

生命科学学院杂交水稻全国重点实验室教授何光存团队的论文题为《三蛋白互作自我调节寄主植物抗虫性》，研究揭示了水稻抗褐飞虱分子机制，对于培育高产、抗虫水稻品种具有重要意义。

褐飞虱体型较小，最大的雌成虫体长也只有4-5毫米。这种小飞虫看似不起眼，却是我国和亚洲水稻生产中的头号害虫。

长期以来，武汉大学针对重大农业害虫褐飞虱防治的世界性难题，聚焦水稻抗褐飞虱基因发掘与育种利用，在传统农家种、野生稻中发掘抗褐飞虱基因，通过解析水稻抗褐飞虱机理、新种质创制和育种技术突破，从而开发抗褐飞虱水稻新品种。

在何光存的最新研究中，经过筛选鉴定了首个被植物抗虫蛋白识别的昆虫效应子BISP（BPH14-Interacting Salivary Protein），并揭示了BISP-BPH14-OsNBR1三蛋白互作系统精细调控水稻抗虫反应的分子机制。

何光存介绍，褐飞虱取食时，BISP随唾液分泌进入水稻细胞。在感虫水稻中，BISP与水稻细胞质激酶OsRLCK185结合干扰其激酶活性、抑制水稻的防御反应，于是对于褐飞虱来说，感虫水稻变得更为脆弱、更易于取食。而在含有Bph14基因的抗虫水稻中，BISP进入细胞后立即与BPH14发生特异性结合，从而被BPH14识别，激发强烈的抗虫反应，“被激发出抗虫反应的水稻，褐飞虱取食艰难了，取食下降、生长受阻、死亡率上升，从而阻止褐飞虱的侵害。”

但同时，高表达的BISP会持续激活BPH14，被激发出抗虫反应的水稻产生更强的抗虫性，其生长也会受到严重影响，比如出现植株变矮、抽穗期提前、产量下降等问题。因此植物必须精细调控BISP蛋白量、控制植物抗性在一定水平，达到生长与抗性的平衡，才能维持水稻正常生长。

此外，何光存团队还发现，在Bph14水稻中BPH14促进BISP与选择性自噬受体OsNBR1互作，OsNBR1与ATG8结合，激活细胞自噬并降解BISP。BISP的降解伴随着抗虫反应的减弱直至终止，最终水稻恢复正常生长。BISP-BPH14-OsNBR1三蛋白互作自我调节寄主植物抗虫性，在分子层面展示了褐飞虱与水稻的互作。BPH14在识别BISP激发抗虫反应、三蛋白互作调控、自噬清除BISP的过程中具有至关重要的作用。

发现新基因

攻克水稻“癌症”

历时10年，发现一个广谱抗病基因，并通过“分子剪刀”创制出新基因，对稻瘟病、白叶枯病和稻曲病实现抗性“加持”。华中农业大学李国田教授团队牵头完成的研究成果《基因编辑磷脂合成酶赋予水稻广谱抗病性》，对扩大抗病基因来源，推动作物抗病育种、植物病害绿色防控，保障国家粮食安全有重要意义。

稻瘟病被称为“水稻癌症”，是一种毁灭性的真菌病害，广泛分布于世界各稻区，全球每年因稻瘟病造成的产量损失达数千万吨。培育、种植广谱抗病品种，是实现稻瘟病绿色防控的最为经济有效的措施。

华中农业大学团队前期联合加州大学戴维斯分校等研究团队，克隆到一个广谱抗病类病斑突变体基因RBL1，并发现了它如何通过调控磷脂代谢参与水稻抗病的作用机制。该基因抗病性很强，但产量很低。

在此基础上，李国田教授团队继续攻关，通过基因编辑创制了增强作物广谱抗病性且稳产的新基因RBL12。与传统抗病基因相比，这个新基因可打破物种界限、普适性更强，具有巨大抗病育种应用潜力。

“RBL12能够广谱抗病，显著增强水稻对稻瘟病、稻曲病、白叶枯病的抗性，同时对产量有很好的稳定作用。”李保田教授说，经研究团队初步测试，该基因在小麦抗锈病和纹枯病上也有显著效果，进一步证明其在作物抗病育种中的巨大应用潜力。

据介绍，田间试验分析显示，RBL12稳产且具有显著的抗稻瘟病能力，在稻瘟病害严重发生时能够挽救约40%产量损失。

华中农业大学农业微生物资源发掘与利用全国重点实验室、湖北洪山实验室李国田教授和加州大学戴维斯分校、劳伦斯伯克利国家实验室Pamela C. Ronald院士为该论文共同通讯作者。李国田教授团队博士研究生沙干、孙鹏为论文共同第一作者，课题组多名学生及多个单位合作者共同参与了此项研究。

武大校长张平文：

我们还要往前再进一步

武汉大学两项重要科研成果同日发表在《Nature》（《自然》）上，既是武汉大学建校130年来的第一次，也是湖北高校首次。

6月15日，武汉大学校长、中国科学院院士张平文接受湖北日报全媒记者采访时表示，两篇高水平论文同日发表，是学校人才强校和基础学科建设的阶段性成果。

“这个结果看似偶然，实则必然。经过人才强校和基础学科建设，高水平的研究成果越来越多，同期发表的概率自然会加大。”同时他也表示，发一篇nature science，证明我们做得非常优秀，解决了一些世界级的问题，但离世界一流大学还不够。“这些文章的发表，就像投下一颗石头，泛起的涟漪有多大，还会构成怎样的影响，需要时间的检验。”今年是武大的“学科建设年”，学校将继续引育一流人才，优化学术生态氛围，加强高水平学科建设，推进办学育人事业高质量发展。要产出颠覆性的成果，要形成某个学科、领域的世界领先，我们还要往前再进一步。

（湖北日报全媒记者田佩雯韩晓玲通讯员吴江龙武柳青蒋朝常）

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