2024年“科学探索奖”获奖人介绍｜生命科学领域

代表性成果

基因编辑经历了ZFN、TALEN和CRISPR-Cas等系统的技术迭代更新，被广泛用于基础科研、农业育种、医疗和能源生产等众多领域, 是当前最受瞩目的生物技术之一。刘俊杰团队通过深度的生物信息学筛选，发现了一类具有DNA水解切割活性的RNA核酶分子-HYER。HYER在广谱的生化条件，细菌和哺乳动物细胞中，均具有DNA靶向水解切割活性。基于HYER的三维结构的多种理性设计可有效提高其底物识别特异性和催化活性，以适应多种核酸操纵应用场景。HYER系统以RNA为分子基础，有望摆脱主流编辑工具CRISPR-Cas中蛋白质组分带来的PAM序列限制、分子量大、免疫原性等系统性缺陷，孵育成为具有我国自主知识产权的新一代基因编辑底盘技术。

未来研究方向

广泛发掘和拓展各类RNA机器的相关功能，探索其应用价值。着力重构以RNA机器作为功能核心的“远古RNA世界”，厘清RNA的结构和功能逐渐被蛋白质取代的进化路径，理解RNA与蛋白质协同进化关系，并基于此预测分子进化的未来方向。相关成果可用于开发RNA执行引导功能的超微型核酸操纵工具、RNA执行调控功能的大片段基因插入工具，以及RNA执行催化功能的核酸切割和修饰等多维度核酸操纵平台，创制众多以RNA为功能载体的分子操纵工具，助力科学研究和相关生物产业发展。

代表性成果

玉米是世界第一大粮食作物，对全球粮食安全起着举足轻重的作用。种植密度的不断增加是玉米单产水平持续提升的关键因素之一，但密植容易造成群体郁闭，导致群体产量下降。株型直接影响密植群体的光能利用效率，合理的株型结构是玉米适应密植的前提。田丰团队系统解析了玉米株型的遗传基础，开创性地从玉米野生祖先种大刍草中克隆了控制玉米紧凑株型的关键基因UPA1和UPA2，并首次构建了从上游转录因子到下游油菜素内酯途径控制叶耳发育、产生紧凑株型的分子调控网络；在密植冠层内，由于光强和光质分布不均，导致上部冠层“光饱和”，中下部冠层“光饥饿”，因此上部叶片紧凑、中下部叶片相对舒展的“智慧株型”可以最大限度的捕获光能，提高群体光合效率。田丰团队首次鉴定到了控制玉米“智慧株型”形成的重要基因lac1，并揭示了光受体介导的光信号动态调控lac1促使玉米适应密植的分子机制。田丰团队将基因编辑技术与单倍体育种技术耦合，建立了“一步成系”的单倍体诱导编辑技术体系，实现了玉米商业品种株型的快速定向改良。玉米耐密株型基因的克隆和单倍体诱导编辑技术的开发为玉米理想株型分子育种、培育耐密高产品种提供了重要理论基础和技术支撑。

未来研究方向

冠层光合效率是作物生产能力的决定因素，玉米的理论光能利用效率为6%，而田间实际的光能利用效率仅为1%左右，其根本原因在于密植冠层内光强和光质分布不均，光能未得到充分利用。适应密植的理想群体冠层应能智能适应冠层内的微环境变化，最大限度的利用各个冠层的光温资源进行光合作用，从而提高群体光合效率。田丰团队将系统解析玉米不同冠层叶片差异化伸展的遗传基础，揭示不同冠层叶片差异化光合的分子机制，全面阐释玉米“智慧冠层”建成的分子基础，定向创制具有“智慧冠层”特征的耐密、高光效、高产突破性新种质，大幅提高玉米单产，孕育玉米的“绿色革命”。

代表性成果

线粒体是细胞的主要能量来源，同时在应对细胞应激和衰老过程中发挥核心作用。田烨的研究发现，神经元中的线粒体应激通过分泌特定信号分子，如Wnt信号、神经递质和通过GPCR调控的神经肽，能够远程调控肠道等远端组织的代谢功能，增强全身的抗压能力，抵御因衰老带来的功能衰退。不仅如此，神经元的线粒体应激还能增加生殖细胞中的线粒体DNA数量，将“线粒体应激记忆”传递给后代，使后代个体更具抗压能力并延长寿命。这些发现揭示了线粒体应激在衰老过程中的跨组织调控和代际传递机制，提出了通过改善局部线粒体功能来提升全身抗衰老能力的全新思路。

未来研究方向

将从细胞到组织器官再到个体，构建一个多层次的研究体系，深入解析衰老的复杂调控网络。通过挖掘分泌型促长寿或抗衰老因子，探索延缓衰老的新机制和新靶点。同时，研究将引入遗传多样性和共生微生物等多种因素，探索个性化的抗衰老干预策略。最终目标是为精准医学和个性化健康管理提供科学依据，帮助开发适应不同个体需求的抗衰老方法，促进健康老龄化。

代表性成果

抗癌明星药物紫杉醇是一种源自珍稀孑遗植物红豆杉的复杂代谢产物。阐明紫杉醇的生物合成途径是世界级难题。闫建斌绘制了南方红豆杉基因组图谱，发现了紫杉醇生物合成的关键酶，揭示了紫杉醇合成调控的新机制，实现了紫杉醇生产原料巴卡亭III的异源生物合成，从而打通了紫杉醇生物合成途径。该研究成果结束了阐明紫杉醇生物合成途径的漫长研究历史，成为了植物代谢与合成生物学领域的引领性原创成果重大突破，为发展我国自主的紫杉醇生物制造新质生产力的奠定了基础。

未来研究方向

将深入研究紫杉醇类代谢产物的合成网络与调控机制，发展紫杉醇生物合成底盘的构建策略和关键技术。这些科学理论和技术在构建自主的紫杉醇生物制造体系中发挥重要作用。研究成果将有助于开辟紫杉醇原料药生产的新途径，有助于创造更有效抗癌药物发现的新机遇，有助于开拓合成生物制造的新前景。