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清华三项成果入选2016年度“中国高校十大科技进展”
2016-12-29 14:59:19     毛雪鸥[     ]

近日,由教育部科技委员会组织评选的第19届“中国高等学校十大科技进展”经过形式审查、学部初评、项目终审评选专项工作等流程后在京揭晓,清华大学共有3项成果入选,入选成果数量位居各大高校之首。

这3项成果分别是:孙宏斌教授团队的“复杂电网自律-协同无功电压自动控制系统关键技术及应用”, 谢道昕教授团队的“植物分枝激素独脚金内酯的感知机制”,以及颜宁教授团队的“肌肉兴奋-收缩偶联的分子机理探索”。

3项成果简介如下:

复杂电网自律-协同无功电压自动控制系统关键技术及应用

电压是智能电网运行的核心指标。电压问题是全球历次重大停电事故的关键诱因,也是我国大规模可再生能源并网的一个主要障碍。复杂电网电压控制(AVC)是世界性难题,在该领域国际权威、美国一流大学课题组的研究搁浅后,美国转而寻求与清华大学孙宏斌项目组合作。

清华大学孙宏斌团队历时20余年,突破了复杂电网电压控制从单控制中心到多控制中心、从常规电网到可再生能源电网、从中国电网到北美电网应用中的系列技术难题,获得中国发明专利授权57项、美国专利3项,研制成功具有自主知识产权的复杂电网电压控制系统,覆盖全国56%的常规机组与37%的风/光机组,承担了已投运的全部8条交直流特高

线路近区电网电压控制,在智能电网安全经济运行和大规模可再生能源接纳等方面取得了巨大社会经济效益。

本项目突破了美国历时40个月的三轮信息安全检查,解答了3000余个信息安全问题,控制了包括美国华盛顿特区和东部十三个州的独立系统运营商电网,实现了美国首例复杂电网电压控制,是我国先进电网控制系统首次出口美国。

成果运用在美国首都华盛顿特区和东部十三个州。

2016年,由六位院士领衔的鉴定会认为:项目是“重大的原创性科研成果,整体上达到了国际领先水平”“具有里程碑意义”。美国能源部顾问、工程院院士博思教授(Bose)认为,该成果“使中国在电压控制领域遥遥领先于世界”。成果获2016年教育部技术发明一等奖(已公示)。

植物分枝激素独脚金内酯的感知机制

植物分枝是决定植物生长发育和作物产量的重要性状。独脚金内酯对植物分枝起关键调控作用,并对植物与微生物及杂草的相互作用起重要调控作用。

阐明激素感知机制,对于揭示生命现象的本质、提高生物的生存和发展能力具有重要意义。目前发现的所有动物激素和植物激素,都遵循19世纪80年代揭示的“配体-受体”可逆识别规律:配体(激素活性分子)通过非共价键可逆地结合受体,循环地触发信号传导链,调控各种生命活动。

清华大学谢道昕、饶子和、娄智勇三位学者合作,发现了独脚金内酯的活性分子,阐明了独脚金内酯的受体,揭示了新型的“底物-酶-活性分子-受体”不可逆识别机制(受体D14参与合成独脚金内酯活性分子CLIM,然后通过共价键不可逆地结合CLIM,触发信号传导链、调控植物分枝)。

植物激素独脚金内酯(Strigolactone, SL)受体识别的分子机制。

该成果于2016年8月25日发表于《自然》期刊。《自然》《科学信号》(Science Signaling)和《中国科学 生命科学》(Science China Life Sciences)三种顶级期刊都专门发文高度评价本工作,这是生命科学领域激素研究的重大发现。新发现的独脚金内酯受体识别机制,不同于百年研究历程所建立的经典受体的可逆识别机制,具有重大科学意义和重要应用前景。

肌肉兴奋-收缩偶联的分子机理探索

兴奋收缩偶联是调控骨骼肌和心肌正常收缩功能的重要基础生理过程。该过程主要由两个重要的钙离子通道参与,分别是位于细胞膜上的电压门控钙离子通道Cav 和位于肌质网膜上的利阿诺定受体(Ryanodine receptor,RyR)。电压门控钙离子通道能够感受细胞膜电势变化,将信号传递给下游的利阿诺定受体,促使钙离子释放进入细胞质,进而引起肌肉的收缩。钙离子通道的功能异常会导致心率紊乱、癫痫等疾病,而利阿诺定受体的紊乱会导致肌中央轴空病等疾病。因此它们是重要的药物靶点,其结构解析工作具有重要的生理学和药理学意义。

Cav1.1的电镜密度图(左)和整体结构模型(右)。

清华大学颜宁研究组利用结构生物学手段来研究兴奋收缩偶联过程。研究者采用创新的蛋白提纯方法,获得了性质良好的蛋白样品,并利用前沿的单颗粒冷冻电镜技术,在世界上首次解析了利阿诺定受体2个亚型(RyR1,RyR2)的近原子分辨率结构。尤其重要的是,他们还解析了备受瞩目的首个真核电压门控钙离子通道结构,为理解电压门控钙离子通道和钠离子通道的功能提供了分子基础,为基于结构的药物研发提供了重要理论指导。这一系列重大成果也为理解肌肉兴奋收缩偶联提供了重要的结构基础。  

利阿诺定受体亚型1(RyR1)单体结构域解析及四聚体的三维电镜结构。

关闭及开放构象的利阿诺定受体亚型2(RyR2)。

相关成果共发表 5 篇高水平论文,其中Cav1.1 工作于2015 年12 月18 日和2016年9 月8 日分别在《科学》(Science)期刊和《自然》(Nature)期刊发表;亚型1(RyR1)的结构解析工作于2015 年1 月1 日和2016 年7 月29 日发表在《自然》(Nature)期刊和《细胞研究》(Cell Research)期刊;亚型2(RyR2)的结构解析工作于2016 年9 月22 日在《科学》(Science)期刊在线发表。

2016“中国高等学校十大科技进展”的另外7项成果来自北京大学、浙江大学等5所高校。“中国高等学校十大科技进展”的评选自1998年开展以来,至今已19届,这项评选活动对提升高等学校科技的整体水平、增强高校的科技创新能力发挥了积极作用,并产生了较大的社会影响,赢得了较高的声誉。(摘自清华新闻网)