130年首次！武汉大学，一日两篇Nature！

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来源丨iNature、武汉大学、TOP大学来了

2023年6月14日，武汉一日之内，两篇Nature在线刊发，风头一时无二。一篇生命科学学院，另一篇化学与分子科学学院。

精准制造，挑战不可能

付磊教授团队
6月14日，武汉大学付磊，郭宇铮，曾梦琪及南方科技大学林君浩为联合通讯作者在全球顶级科研期刊《Nature》 在线发表题为”Liquid metal for high-entropy alloy nanoparticles synthesis“的研究论文。武汉大学为第一完成单位。
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高熵合金是一种由五种或五种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。实现高熵合金的原子级精准制造是其应用的基础。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。根据吉布斯函数（130年首次！武汉大学，一日两篇Nature！），高熵合金的合成通常依赖苛刻的高温反应条件（增大130年首次！武汉大学，一日两篇Nature！因子的贡献）来克服原子间不混溶性，并通过淬火等方式保持高熵态。在温和条件下实现高熵合金的多组元原子混溶有利于其可规模化、可定制化的精准制造，而这个目标极具挑战。
付磊团队独辟蹊径，以“混合焓”（130年首次！武汉大学，一日两篇Nature！）为切入点，降低反应吉布斯自由能变（130年首次！武汉大学，一日两篇Nature！），采用兼具负混合焓特性和流动性的液态金属，实现了温和条件下各类高熵合金体系的原子制造。液态金属（如镓）与大多数金属间亲和性好，混合焓为负值；且流动性良好，可加速传质，促进元素的均匀分散和合金化反应的进行。由此，在液态金属反应体系中，可在温和条件下实现高熵合金的多组元原子混溶，极大拓展了高熵合金的组分选择空间，有望促进其在更多关键领域的应用。
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▲液态金属高熵合金原子制造示意图
研究工作得到了多方支持：武汉大学电气与自动化学院郭宇铮团队提供了分子动力学模拟支持；南方科技大学的林君浩团队利用球差校正高分辨透射电子显微镜对样品进行了表征。武汉大学陈胜利教授、刘泽教授，内蒙古工业大学白一甲副教授和松山湖材料实验室冯燕朋副研究员等合作者在研究过程提供了支持。研究工作还得到了武汉大学公共测试平台以及上海同步辐射光源的支持。
付磊团队长期致力于物质科学领域原子制造的研究（leifu.whu.edu.cn），发展了液态金属反应体系，实现了多类材料的原子制造。

新机制新策略，培养“中国种”

何光存教授课题组

武汉大学何光存为唯一通讯作者在全球顶级科研期刊《Nature》 在线发表题为A tripartite rheostat controls self-regulated host plant resistance to insects“的研究论文。武汉大学为第一完成单位。武汉大学生命科学学院博士后郭建平、博士生王卉颖和关伟为共同第一作者，本研究首次鉴定了一个被植物免疫受体蛋白识别的昆虫效应子BISP，并揭示了BISP-BPH14-OsNBR1互作精细调控水稻抗虫反应的分子机制，对于培育高产、抗虫水稻品种具有重要意义。
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该项研究得到了多项基金的资助。武汉大学生命科学学院博士后郭建平、博士生王卉颖和关伟为共同第一作者，何光存为通讯作者。华中农业大学张启发院士、武汉大学朱玉贤院士、美国加州大学河边分校Walling教授及课题组成员参加了该项研究。
褐飞虱是水稻生产中发生面积最大、造成损失最重的害虫，严重危害我国及世界水稻生产。培育抗虫品种是最经济、有效、环境友好的防治害虫的手段，但植物抗虫的分子机理却一直不明。
何光存课题组筛选获得了褐飞虱唾液蛋白BISP（BPH14-Interacting Salivary Protein），第一次揭开了害虫取食与植物反取食的分子机制。
研究发现，BISP在褐飞虱唾液腺中高表达，褐飞虱取食时随唾液分泌进入水稻细胞。在感褐飞虱水稻中，BISP靶向水稻细胞质激酶OsRLCK185，干扰其激酶活性，抑制水稻的基础防御反应，使植株更易于褐飞虱取食。
课题组前期克隆了抗褐飞虱基因Bph14。该基因编码的NLR受体BPH14，赋予水稻对褐飞虱的高抗性。在含有Bph14基因的抗虫水稻（Bph14水稻）中，BISP进入细胞后立即与BPH14发生特异性结合而被识别，激发强烈的抗虫反应，使褐飞虱取食下降、生长受阻、死亡率上升，从而阻止了褐飞虱的侵害。
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▲BISP调控水稻免疫反应工作模式图
在本研究中，当Bph14水稻中异位表达BISP（Bph14-Bisp水稻）时，超量表达的BISP会持续激活BPH14介导的抗性反应，Bph14-Bisp水稻产生更强的抗虫性。但与Bph14水稻相比，Bph14-Bisp水稻的生长发育却受到严重影响：植株变矮、抽穗期提前，产量下降。说明强抗性的持续激活不利于植物生长发育，抗性水平需要精细调控才能维持植物生长和抗性的平衡。
进一步研究发现，当水稻细胞中同时表达BPH14和BISP时，BPH14能促进BISP与选择性自噬受体OsNBR1互作，而OsNBR1则与ATG8结合介导了BISP的自噬降解，从而将BISP蛋白量和植物抗性控制在一定的水平。
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。害虫取食时，抗虫水稻产生的抗性作用使害虫停止取食后，BPH14-BISP-NBR1三蛋白互作系统能快速清除水稻细胞内存留的BISP，终止抗性反应，使细胞尽快恢复生长。Bph14水稻细胞内的BISP水平在6h内显著降低，36h被完全降解，抗虫反应随之减弱直至终止。而在OsNBR1敲除植株（Bph14-Osnbr1）中，BISP蛋白留存量及抗性反应则长时间维持在一个高水平。
BPH14通过自噬降解BISP，有效控制水稻细胞中的BISP及抗性水平，保持抗虫性与生长发育之间的平衡。这一新机制的发现是植物抗虫领域的重大进展。
何光存教授团队首次阐明BISP-BPH14-OsNBR1三蛋白互作调控植物抗虫反应分子机制，提出了在不降低产量的前提下实现抗虫育种的新策略，对水稻抗虫高产育种具有重要意义。

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