作者｜趙廣立
俗話說“沒出正月就是年”。大年初十，中國學者在《自然》上“過年了”——中原標準時間2月10日淩晨，《自然》一口氣在主刊發表了6篇中國作者的科研成果。
《中國科學報》觀察到，6篇中國學者的論文中有5篇來自中國科學院下屬機構；更值一提的是，其中3篇論文均出自中國科學技術大學。
“可能是偶然吧！”對于同一學校、同一日期、3篇論文同登《自然》，其中一篇論文的通訊作者、中國科學技術大學教授劉海燕告訴《中國科學報》：“沒預料到會有這樣的巧合。但中科大各學科高水準團隊很多，出現這種情況可能也在情理之中。”
“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、中國科學技術大學教授陳仙輝等
在籠目結構超導體研究領域取得重要進展
中國科學院院士、中國科學技術大學教授陳仙輝與吳濤、王震宇等組成的團隊，在籠目超導體CsV3Sb5中發現一種新型電子向列相。該成果于2月10日淩晨以“加速預覽”的方式線上發表于《自然》。
論文指出，這一發現不僅為了解籠目結構超導體中電荷密度波與超導電性之間的反常競争提供了重要實驗證據，也為進一步研究關聯電子體系中與非正常超導電性密切相關的交織序提供了新的研究方向。
這一發現的重要意義也得到了同行的高度認可。在《自然》最新一期上線的“News and Views”中，這一成果和同期發表的另外一篇工作獲得了同行的高度評價：“這兩項研究的結果清楚地為籠目結構超導體的對稱性破缺帶來了新的見解，這無疑将激發對這些有趣材料的進一步研究。”
論文的快速發表也表明了編輯的态度。陳仙輝向《中國科學報》披露，團隊于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“加速預覽”方式線上發表，正式接收到線上發表的時間僅半個月，而通常為兩個月左右。
2. 中國科學技術大學教授劉海燕、副教授陳泉團隊
建立蛋白質從頭設計新方法
中國科學技術大學教授劉海燕、副教授陳泉團隊基于資料驅動原理，開辟出一條全新的蛋白質從頭設計路線，在蛋白質設計這一前沿科技領域實作了關鍵核心技術的原始創新，為工業酶、生物材料、生物醫藥蛋白等功能蛋白的設計奠定了堅實的基礎。相關成果中原標準時間2月10日發表于《自然》。
論文報道了9種從頭設計的蛋白質分子的高分辨晶體結構，其中5種蛋白質具有不同于已知天然蛋白的新穎結構。審稿人認為，這項工作中提出的方法具有足夠的新穎性和實用性；從頭設計蛋白質具有挑戰性，本工作中6種不同蛋白質的高分辨率設計是一項重要成就，證明這種方法運作良好。
劉海燕告訴《中國科學報》，其團隊自2008年起就着手于資料驅動蛋白質設計研究，中間也有若幹階段性成果見刊。他表示，從頭設計蛋白可以說是集計算結構生物學之大成，同時又是生物技術、合成生物技術的基礎。“國内現在已經有一些很優秀的年輕人進入這一領域，期待更多人加入，讓我們共同穩定地占住這個重要國際前沿。”
3. 中國科學技術大學潘建偉、趙博等與中科院化學所白春禮小組
首次在超冷原子分子混合氣中合成三原子分子
中國科技大學潘建偉、趙博等與中國科學院化學所白春禮小組合作，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拟和超冷量子化學的研究邁出重要一步。該成果2月10日發表于《自然》。
研究團隊首次成功實作了利用射頻場相幹合成三原子分子。在實驗中，他們從接近絕對零度的超冷原子混合氣出發，制備了處于單一超精細态的鈉鉀基态分子，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号，并測量了Feshbach共振附近三原子分子的束縛能。這一成果為量子模拟和超冷化學的研究開辟了一條新的道路。
中國科學技術大學教授趙博告訴《中國科學報》，量子計算的短期目标是發展專用型量子計算機（即專用量子模拟機），它能夠在某些特定的問題上解決現有經典計算機無法解決的問題。例如，超冷原子分子量子模拟，利用高度可控的超冷量子氣體來模拟複雜的、難于計算的實體系統，可以對複雜系統進行精确的、全方位的研究，因而在化學反應和新型材料設計中具有廣泛的應用前景。而超冷三原子分子就是模拟量子力學下“三體問題”的理想研究平台。
此外，超冷三原子分子可以用來實作超高精度的光譜測量，這為刻畫複雜的三體互相作用勢能面提供了重要的基準。由于計算勢能面需要高精度地求解多電子薛定谔方程，超冷三原子分子的勢能面也為量子化學中的電子結構問題提供了重要的資訊。
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隊
用雙重“基因剪刀”實作突破性抗病高産育種
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隊在《自然》發表題為“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産的分子機制；并通過基因組編輯在主栽小麥品種中對感病基因MLO相關遺傳等位實作精準操控，快速獲得廣譜抗白粉病又高産優質的新種質。該研究為感病基因在抗病育種中的實際應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。相比于傳統育種方法，基因組編輯育種極大地縮短了育種程序。這項研究是小麥抗白粉病育種的重要進展，充分展現了基因組編輯在現代農業生産中巨大的應用前景，也為培育抗病高産作物品種提供了新的政策和技術路線。
據介紹，研究團隊一直不斷探索如何在抗病育種中進一步利用MLO基因，進而實作“魚與熊掌可以兼得”。幸運的是，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。該突變體表現出對白粉菌完全的抗性，同時生長發育和産量正常。
經過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制，進而克服了感病基因MLO突變引起的負面表型，最終實作了抗病和産量的雙赢。
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隊
地球核心超離子态物質新發現
中科院地球化學研究所高壓室研究員李和平、何宇、孫士川團隊與中科院外籍院士、北京高壓科學中心主任毛河光，Duck Young Kim研究員和Bo Gyu Jang博士團隊合作，對多種鐵合金的性質進行了計算模拟（在地球核心的溫度和壓力下），發現六方相（hcp）Fe-H、Fe-C和Fe-O合金在核心溫壓下轉變成為了超離子态，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日發表在《自然》主刊。
研究發現，超離子态轉變導緻合金的加速軟化，引起地震波速顯著降低，其數值能夠與地震學的觀測結果很好符合。模拟結果則表明，流動的輕元素雜質可以引起鐵合金的軟化，特别是橫波波速的降低解釋了長期存在的核心軟化之謎。該研究表明地球核心并非傳統認知的固态，而是由固态鐵和流動的輕元素組成的超離子态。
地震學研究顯示，核心結構展現出複雜的異質性和各向異性特征，還存在地震波衰減和結構變化等特性。解答上述未解之謎，是認知核心結構、組成和演化的關鍵。超離子态核心，更新了我們對核心狀态的認知，流體一般運動的輕元素為認識核心對流，各向異性結構的形成和地震波的衰減提供了新的線索，将成為地球核心研究的新基石。
6. 香港城市大學楊勇與台北大學Chun-Wei Pao等合作團隊
報告了一種化學複雜合金
最近，化學複雜的合金如“高熵合金”由于其良好的性能，引起了學者們的極大研究興趣。2月10日淩晨，香港城市大學楊勇、香港大學D. J. Srolovitz及台北大學Chun-Wei Pao共同通訊在《自然》線上發表題為“A highly distorted ultraelastic chemically complex Elinvar alloy”的研究論文，就報告了一種化學複雜的合金，該合金在室溫下表現出高彈性應變極限和非常低的内摩擦。
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有合金所無法比拟的。
開發具有超強強度、大彈性應變極限和對溫度不敏感的彈性模量（Elinvar 效應）的高性能超彈性金屬，對于從執行器和醫療裝置到高精度儀器的各種工業應用非常重要。由于位錯易滑移，塊狀結晶金屬的彈性應變極限通常小于1%。形狀記憶合金（包括膠質金屬和應變玻璃合金）可以達到高達百分之幾的彈性應變極限，盡管這是僞彈性的結果并且伴随着大量的能量耗散。
除了中國學者發力，本期《自然》還發表了2篇海外華人學者的論文，同樣引發關注。它們分别是：
加州大學聖地亞哥分校王競團隊
探讨動物從進食到求偶的分子和神經元機制
加州大學聖地亞哥分校王競團隊在《自然》線上發表題為“A nutrient-specific gut hormone arbitrates between courtship and feeding”的研究論文，探讨了在黑腹果蠅中協調從進食到求偶的轉變的分子和神經元機制，該研究通過鈣成像實驗進一步解決了潛在的動力學問題。
該研究發現在饑餓的雄性中，喂食優先于求愛，而富含蛋白質的食物的消費會在幾分鐘内迅速逆轉這一順序。在分子水準上，一種腸道衍生的營養特異性神經肽激素（利尿激素31，Dh31）推動了從進食到求愛的轉變。
食物中的氨基酸會急性激活腸道中的 Dh31+腸内分泌細胞，進而增加循環中的 Dh31水準。此外，完整果蠅的三光子功能成像顯示 Dh31+腸内分泌細胞的光遺傳學刺激迅速激發了表達Dh31受體 (Dh31R) 的腦神經元子集。腸道衍生的 Dh31 在幾分鐘内通過循環系統激發大腦神經元，與“喂食—求愛”行為轉換的速度一緻。
在神經回路層面，大腦中有兩個不同的Dh31R+神經元群，一個群通過 allatostatin-C 抑制進食，另一個群通過 corazonin 促進求愛。總之，該研究結果說明了一種機制，即食用富含蛋白質的食物會觸發腸道激素的釋放，這反過來又優先通過兩條平行的途徑求愛而不是進食。
耶魯大學Mark A. Lemmon（第一作者胡淳為華人）團隊
發現一類癌症靶向治療的潛在影響
耶魯大學Mark A. Lemmon（胡淳為第一作者）團隊在《自然》線上發表題為“Glioblastoma mutations alter EGFR dimer structure to prevent ligand bias”的研究論文，該研究顯示常見的細胞外“多形性膠質母細胞瘤”（GBM）突變，會阻止“表皮生長因子受體”（EGFR）區分其激活配體。
EGFR在人類癌症中經常發生突變，也是一個重要的治療靶點。EGFR抑制劑在肺癌中取得了成功，其中細胞内酪氨酸激酶結構域的突變激活了受體，但在多形性膠質母細胞瘤 (GBM) 中卻沒有，其中突變僅發生在細胞外區域。
該研究使用 X 射線晶體學，進一步表明 R84K GBM 突變使 EREG 驅動的細胞外二聚體對稱，是以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 重塑了關鍵的二聚化接觸，以增強不對稱 EREG 驅動的二聚體。該研究結果證明了 EGFR 在 GBM 中改變配體識别的重要作用，對靶向治療具有潛在影響。
相關論文資訊：
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04493-8
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04383-5
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04297-2
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04395-9
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04361-x
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04309-1
https://www.nature.com/articles/s41586-022-04408-7
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04393-3