中国科学技术大学两团队科研成果登同期《Science》杂志_高德注册

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中国教育报-中国教育新闻网讯(记者 方梦宇)10月9日,中国科学技术大学赵忠教授团队和季恒星教授团队的两项科研成果在《Science》杂志上刊发。

其中,中国科学技术大学生命科学学院赵忠教授团队通过发育生物学和植物病毒学两个领域的交叉研究,找到了植物干细胞免疫病毒的关键因子—WUSCHEL(WUS)蛋白,揭示了植物干细胞的广谱抗病毒机制。该成果以“WUSCHEL triggers innate antiviral immunity in plant stem cells”为题发表在《Science》杂志上。

目前,植物病毒病害已经成为农业生产中的第二大病害,植物一旦染上病毒将带来毁灭性的后果,比如在水稻中由稻飞虱传播的病毒(条纹叶枯病和黑条矮缩病)一旦爆发,轻则减产16%左右,重则绝收。

尽管国内外研究人员已经从多个角度进行了大量的研究,但是对于植物干细胞存在广谱抗病毒能力的原因仍然不清楚。由于病毒种类繁多,现有的抗病毒手段只能针对少数的病毒,且随着病毒不断进化,抗性也会逐渐减弱。

中国科学技术大学赵忠团队另辟蹊径,以传统的茎尖脱毒技术为灵感来源,历经8年潜心研究,发现WUS是一个存在于植物干细胞中的关键抗病毒蛋白。这个蛋白受病毒感染诱导,并且通过直接抑制一类甲基转移酶基因,影响了细胞参与蛋白质合成的主要细胞器-核糖体的组装,从而降低了蛋白质合成速率。这将直接导致病毒不能利用植物细胞完成自身蛋白质的翻译,以及病毒的复制和组装的过程,从而抑制了病毒的传播。

同时,WUS蛋白也可以成为其他细胞抵抗病毒的“利器”,研究人员在植物其它细胞中表达WUS蛋白,可以保护植物免受病毒的感染。同时研究人员还检查了多种病毒,并证实WUS蛋白均可以抑制这些病毒对植物细胞的感染,说明WUS蛋白介导的干细胞病毒免疫具有广谱性。

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这项工作研究了植物分生组织存在的广谱抗病毒免疫活性,第一次发现在病毒抗性和分生组织维持基因之间存在如此精确的分子连接。下一步,团队计划将成果应用到育种中,基于蛋白质人工进化技术,筛选高抗病蛋白,并利用生物技术转入多种作物中,以得到广谱高抗病的作物新品种。

另外,中国科大化学与材料科学学院季恒星教授研究组与合作者在新型锂离子电池电极材料研究方面取得重大突破:全新设计的黑磷复合材料使兼具高容量、快速充电且长寿命的锂离子电池成为可能。该成果以“Black Phosphorus Composites with Engineered Interfaces for High-Rate High-Capacity Lithium Storage”为题发表。

电动汽车愈发受到市场青睐,但漫长的充电时间是个难题。传统燃油汽车仅需五分钟即可满油增程500公里,而目前市售最先进的电动汽车则需要“坐等”充电一小时才能达到同样增程效果。发展具有快速充电能力的大容量锂离子电池一直是该行业的重要目标。

电极材料是决定电池性能指标的关键因素之一。“我们希望能够发现一款既能在综合性能指标方面给行业以期待,又能适应工业化电池生产流程的电极材料。”季恒星说。

论文第一作者、合肥微尺度物质科学国家研究中心博士研究生金洪昌介绍,能量通过锂离子与电极材料的化学反应进出电池,因此电极材料对锂离子的传导能力是决定充电速度的关键;另一方面,单位质量或体积的电极材料容纳锂离子的多少也是重要因素。

“我们采用常规的工艺路线和技术参数将黑磷复合材料做成电极片。实验室的测量结果表明,电极片充电9分钟即可恢复约80%的电量,2000次循环后仍可保持90%的容量。”共同第一作者、中国科学院化学研究所研究员辛森介绍,如果能实现这款材料大规模生产,找到匹配的正极材料及其他辅助材料,并针对电芯结构、热管理和析锂防护等进行优化设计,将有望获得能量密度达350瓦时/千克并具备快充能力的锂离子电池,使电动汽车的用户体验上升一个台阶。

“在新技术的基础上,团队将继续探索认识电极材料的微观结构、理化性质和电化学反应过程等基础科学问题,掌握以界面工程为例的化学手段,同时了解产业界对核心材料的性能需求,这也是推进消费电子、电动汽车等相关行业发展的必备条件。”季恒星表示。

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