今天凌晨

《自然》（Nature）上線多篇論文

北京大學三項成果同時在線發表
上演“帽子戲法”

化學與分子工程學院陳鵬教授團隊和

生命科學學院伊成器教授團隊合作成果

可編程假尿苷編輯與解碼實現RNA密碼子擴展

化學與分子工程學院馬丁教授團隊和

中國科學院大連化物所徐舒濤研究員團隊合作成果

正交轉化技術破解真實混合廢塑料高值化回收難題

化學與分子工程學院雷曉光教授團隊和
中國科學院動物研究所康樂教授團隊合作成果
解碼蝗蟲體內聚集信息素生物合成
與關鍵反應酶

包括最新上線的三篇文章在內

今年以來，北大已在

Nature、Science、Cell三大國際頂尖刊物（CNS）上

共計發表了38篇成果

交出了優異的科技創新年“上半年答卷”

上下滑動，查看此前發表的35篇成果

01

Science

發表日期：2025/1/9

通訊作者：周歡萍、張艷鋒

院系：材料科學與工程學院

題目：Wafer-scale monolayer MoS2 film integration for stable, efficient perovskite solar cells

Nature

02

發表日期：2025/1/15

通訊作者：龐全全

院系：材料科學與工程學院

題目：All-solid-state Li–S batteries with fast solid–solid sulfur reaction

03

Cell

發表日期：2025/1/16

通訊作者：徐成冉

院系：基礎醫學院

題目：Spatiotemporal and genetic cell lineage tracing of endodermal organogenesis at single-cell resolution

Nature

04

發表日期：2025/1/8

通訊作者：劉雄軍

院系：物理學院

題目：Two-dimensional non-Hermitian skin effect in an ultracold Fermi gas

05

Science

發表日期：2025/1/16

通訊作者：周歡萍

院系：材料科學與工程學院

題目：Nonalloyed α-phase formamidinium lead triiodide solar cells through iodine intercalation

Nature

06

發表日期：2025/1/22

通訊作者：魏文勝

院系：生命科學學院

題目：Precise modelling of mitochondrial diseases using optimized mitoBEs

07

Nature

發表日期：2025/2/12

通訊作者：馬丁

院系：化學與分子工程學院

題目：Shielding Pt/γ-Mo2N by inert nano-overlays enables stable H2 production

Nature

08

發表日期：2025/2/12

通訊作者：李毓龍

院系：生命科學學院

題目：Topological segregation of stress sensors along the gut crypt–villus axis

09

Science

發表日期：2025/2/13

通訊作者：馬丁

院系：化學與分子工程學院

題目：Thermal catalytic reforming for hydrogen production with zero CO2 emission

Cell

10

發表日期：2025/2/19

通訊作者：李龍、高寧、宋晨

院系：生命科學學院、前沿交叉學科研究院

題目：SecY translocon chaperones protein folding during membrane protein insertion

11

Nature

發表日期：2025/2/19

通訊作者：王劍威、龔旗煌

院系：物理學院

題目：Continuous-variable multipartite entanglement in an integrated microcomb

Nature

12

發表日期：2025/2/26

通訊作者：孫慶豐

院系：物理學院

題目：Orbital hybridization in graphene-based artificial atoms

13

Nature

發表日期：2025/2/26

通訊作者：何愛彬

院系：未來技術學院

題目：Genome-coverage single-cell histone modifications for embryo lineage tracing

Science

14

發表日期：2025/2/28

通訊作者：雷曉光

院系：化學與分子工程學院

題目：A widespread plant defense compound disarms bacterial type III injectisome assembly

15

Science

發表日期：2025/3/7

通訊作者：焦寧

院系：藥學院

題目：Catalytic remodeling of complex alkenes to oxonitriles through C=C double bond deconstruction

Nature

16

發表日期：2025/3/7

通訊作者：孔煒、孫金鵬、姜長濤

院系：基礎醫學院

題目：Sensing ceramides by CYSLTR2 and P2RY6 to aggravate atherosclerosis

17

Cell

發表日期：2025/3/12

通訊作者：白洋

院系：生命科學學院

題目：Crop root bacterial and viral genomes reveal unexplored species and microbiome patterns

Nature

18

發表日期：2025/3/12

通訊作者：李毅

院系：生命科學學院

題目：Perception of viral infections and initiation of antiviral defence in rice

19

Cell

發表日期：2025/3/26

通訊作者：張澤民

院系：生物醫學前沿創新中心

題目：A single-cell atlas reveals immune heterogeneity in anti-PD-1-treated non-small cell lung cancer

Science

20

發表日期：2025/3/28

通訊作者：湯富酬

院系：生物醫學前沿創新中心

題目：Chromatin Accessibility Landscape of Mouse Early Embryos Revealed by Single-cell NanoATAC-seq2

21

Science

發表日期：2025/3/21

通訊作者：王少鵬

院系：城市與環境學院

題目：Unifying spatial scaling laws of biodiversity and ecosystem stability

Cell

22

發表日期：2025/4/14

通訊作者：瞿禮嘉、鐘聲

院系：生命科學學院

題目：A two-step self-pollination mechanism maximizes fertility in Brassicaceae

23

Cell

發表日期：2025/4/21

通訊作者：黃建永

院系：工學院

題目：Tissue geometry spatiotemporally drives bacterial infections

Cell

24

發表日期：2025/4/22

通訊作者：白洋

院系：生命科學學院

題目：Root microbiota regulates tiller number in rice

25

Nature

發表日期：2025/4/30

通訊作者：李默

院系：北京大學第三醫院

題目：A battery-free nanofluidic intracellular delivery patch for internal organs

Science

26

發表日期：2025/5/1

通訊作者：姜長濤、喬杰、龐艷莉、汪鍇

院系：基礎醫學院

題目：A symbiotic filamentous gut fungus ameliorates MASH via a secondary metabolite–CerS6–ceramide axis

27

Nature

發表日期：2025/5/7

通訊作者：彭書時

院系：城市與環境學院

題目：Trends in the seasonal amplitude of atmospheric methane

Cell

28

發表日期：2025/5/27

通訊作者：陳鵬、王初

院系：化學與分子工程學院

題目：Machine-learning-assisted universal protein activation in living mice

29

Nature

發表日期：2025/5/28

通訊作者：張澤民

院系：生物醫學前沿創新中心

題目：Cross-tissue multicellular coordination and its rewiring in cancer

Nature

30

發表日期：2025/5/28

通訊作者：裴堅

院系：化學與分子工程學院

題目：Light-triggered regionally controlled n-doping of organic semiconductors

31

Cell

發表日期：2025/5/29

通訊作者：姜長濤、龐艷莉、紀立農

院系：基礎醫學院

題目：A microbial amino-acid-conjugated bile acid, tryptophan-cholic acid, improves glucose homeostasis via the orphan receptor MRGPRE

Nature

32

發表日期：2025/6/4

通訊作者：寧超、張海、黃巖誼、龐玉宏

院系：考古文博學院、生物醫學前沿創新中心

題目：Ancient DNA reveals a two-clanned matrilineal community in Neolithic China

33

Science

發表日期：2025/6/5

通訊作者：李毓龍

院系：生命科學學院

題目：In vivo multiplex imaging of dynamic neurochemical networks with designed far-red dopamine sensors

Nature

34

發表日期：2025/6/11

通訊作者：杜江輝

院系：地球與空間科學學院

題目：Abyssal seafloor as a key driver of ocean trace-metal biogeochemical cycles

35

Nature

發表日期：2025/6/11

通訊作者：高鵬

院系：物理學院

題目：Probing phonon transport dynamics across an interface by electron microscopy

01

重編生命密碼本

生命如同一臺精密的生物計算機，其核心編程語言由DNA中的64組密碼子構成，這些遺傳密碼指導細胞利用氨基酸合成蛋白質。但這一系統存在著天然的“語法局限”，只能編碼20種標準氨基酸。如果能打破這一壁壘，人類將開啟生命編程的新維度，生物醫學領域也將迎來革命性的轉變與升級。

北京大學陳鵬與伊成器團隊在Nature發表的研究成果突破了這一限制，研究團隊利用RNA修飾技術，首次成功構建并解碼了三種新型人工密碼子，建立可編程的RNA密碼子擴展系統（RCE），拓展了生命系統的設計空間。

研究團隊聚焦于RNA的假尿苷（Ψ）修飾技術，用Ψ作為“分子標簽”修飾終止密碼子UGA，創造出新型人工密碼子ΨGA。他們還設計出ΨGA的專用tRNA“翻譯器”（ΨGA-tRNAPyl），使細胞能夠按照新密碼的指令，合成含有非天然氨基酸的蛋白質。為驗證技術的可靠性，團隊從RNA修飾、翻譯過程和最終蛋白產物三個層面進行了嚴格校驗，結果顯示系統錯誤率近乎于零。

團隊并沒有止步于此，他們進一步開發出ΨAA、ΨAG密碼子及其對應的tRNA“翻譯器”，使三種新型密碼子如同獨立運行的“子程序”，在細胞內并行不悖。這一技術不僅能高效插入非天然氨基酸，還能為蛋白質安裝“功能遙控器”。例如，在抑癌蛋白p53中插入特定的“分子標簽”，即可精確調控其進入細胞核的時機，為癌癥治療提供新思路。

△三對ΨCodon: (ΨCodon)-tRNAPyl具有專一性，兩兩正交

這項研究突破了天然遺傳密碼的限制，重構生命信息處理原件，建立了具有高度特異性的遺傳密碼擴展系統，實現了蛋白質在細胞內的“精準定制”，為合成生物學和精準醫學提供了強大的工具平臺。未來，該技術有望成為設計人工生命系統的基石，推動新型生物療法的開發，為疾病治療開辟全新路徑。

陳鵬教授、伊成器教授為本文的共同通訊作者。北京大學前沿交叉學科研究院2019級博士研究生劉江樂、北京大學生命科學學院博士后閆學青博士、前沿交叉學科研究院2020級博士研究生烏浩為本文的共同第一作者。本工作獲得科技部、農業部、國家自然科學基金委、北京市科學技術委員會、北京分子科學國家研究中心、新基石基金會和科學探索獎等項目的支持。此外，北京大學核糖核酸北京研究中心和北京科學智能研究院溫翰研究員提供了核酸分子理論計算的專業指導意見；上海科技大學劉如娟課題組也在核酸分子生化檢測方面做出了重要貢獻。

02

混合廢塑料轉化，變廢為寶

塑料制品在人類的生產生活中無處不在。塑料是強度高穩定性好的材料，但當它成為廢棄物時，耐久性強不易降解則讓其變成了白色垃圾，同時也浪費其中蘊藏的碳資源。

當前，處理塑料廢棄物的常見手段包括掩埋、焚燒和化學轉化等。其中，化學轉化可以比較好的“變廢為寶”，但卻面臨著能處理的塑料種類單一的困境。

北京大學馬丁教授團隊在Nature發表的最新成果，提出了一種“基于核磁共振識別下的真實混合廢塑料正交轉化策略”。真實的塑料廢棄物大多都是不同種類的塑料混雜，馬丁教授團隊運用核磁共振手段識別出真實塑料中所包含的不同的化學結構，進而有針對性地設計出包含多個步驟的化學反應路徑，形成了完備的識別和轉化路線。

Nature同期發文評論 “該成果是應對全球年產巨量塑料問題的重要進展。”

研究團隊以20克來自人類生活的真實混合塑料廢棄物樣品為例，成功實現正交分級轉化，獲得了多種高值化學品，包括重要化工原料及醫藥中間體，以及燃油產品，大幅提升廢棄塑料資源化的經濟性與環境效益。

此外，團隊的進一步研究顯示，這一策略適配多種真實廢棄物樣本，它對來自日常生活、石化企業、汽車維修、紡織工業等不同來源的包含印刷顏料、染色劑、增塑劑、生物質等雜質的各種復雜真實塑料廢棄物樣品同樣適用。

未來，團隊將圍繞正交轉化策略，系統評估工藝能耗、碳排放、回收效率及生命周期環境效應，持續優化工藝體系，助力塑料資源化技術向高值化、低碳化、循環化方向升級，切實服務國家雙碳戰略與全球可持續發展目標。

馬丁教授團隊表示：

我們希望通過這一技術，不僅推動學術前沿研究，更要為全球塑料污染治理和“雙碳”目標實現，提供具備現實產業價值的解決方案。

北京大學馬丁教授是該論文工作的通訊作者，北京大學特聘副研究員張梅琦、中科院大連化物所博士后周易達是共同第一作者，論文通迅作者還包括北京大學化學與分子工程學院王蒙副研究員、中科院大連化物所徐舒濤研究員。該研究工作獲得國家自然科學基金、北京市重點基金、騰訊基金會科學探索獎、新基石研究員項目、北京分子科學國家研究中心等資助。

03

精準“關閉”蝗蟲集結號

在自然界中，許多昆蟲會產生和分泌不同的信息素，這些信息素是昆蟲種內和種間通訊的 “化學語言”，調控著昆蟲的活動與繁衍。

蝗災是世界性的災變，大量的蝗蟲會吞食禾田，使農產品完全遭到破壞，造成嚴重的經濟損失并引發饑荒。

蝗蟲釋放的4-乙烯基苯甲醚（4VA）就是一種特殊的信息素，它像“集結號”一樣誘導蝗蟲聚集。因此，4VA的濃度越高，蝗蟲越容易群聚成災。

北京大學雷曉光團隊與中國科學院動物研究所康樂團隊合作，在Nature發表的研究成果，首次解析了4VA的完整生物合成途徑。

《自然》雜志以“Proof of principle for new locust-control strategy”為標題對該科學突破做了專題新聞報道，提出通過抑制蝗蟲聚集信息素生物合成是害蟲防止的全新策略。

蝗蟲以植物中的苯丙氨酸為原料，經過腸道加工、血液運輸、體外釋放三個步驟產生4VA。在合成過程中發揮關鍵作用的核心“操控者”，是兩種甲基轉移酶——4VPMT1和4VPMT2。隨著蝗蟲密度的增加，這兩種酶也會變得異常活躍，將中間產物快速轉化為具有揮發性的4VA。

△蝗蟲群聚信息素4VA的生物合成解碼與操控

通過蛋白晶體結構解析和動力學模擬、定點突變等一系列手段，研究團隊不僅解析了這兩種酶的工作機制，還精準鎖定了它們的活性位點。基于這一突破性的發現，研究人員設計和篩選出了小分子抑制劑4-硝基苯酚（4NP）。實驗證明，無論是注射還是噴灑，微量4NP即可顯著抑制信息素4VA的合成。更令人驚奇的是，接觸4NP的蝗蟲群體會迅速“解散隊伍”，從密集群居模式回歸散居狀態。

這項研究不僅破解了蝗蟲4VA合成路徑的分子奧秘，更開創了通過靶向調控信息素來干預害蟲行為的新策略。相比于傳統農藥的“無差別攻擊”，這種“信息素精準防控”的新策略更加環保高效。未來，團隊將進一步優化技術體系，推動這項成果走向實際應用，為保障糧食安全、守護生態環境與人類健康提供科學可行的綠色防控范式。

北京大學雷曉光和中國科學院動物研究所康樂與為論文的共同通訊作者，北京大學高磊、中國科學院動物研究所郭曉嬌、中國科學院動物研究所李世煒為共同第一作者。中國科學院動物研究所、北京大學與河北大學的多位研究生為本研究做出了重要貢獻。該工作得到了國家自然科學基金項目、國家重點研發計劃，中國科學院國際合作項目，北大-清華生命科學聯合中心，北京分子科學國家研究中心，新基石基金會等的支持。

從生命密碼的重編，到廢棄塑料的解析，再到蝗蟲暗號的破譯與關閉，每一篇成果都凝聚著研究者們對未知的執著追問與對創新的不懈追求。科研之路從無坦途，每一次突破的背后，是無數次的實驗、失敗與再出發。北大科研人以嚴謹的科學態度和跨學科的協作精神，不斷探索前沿理論、直面現實挑戰，在科技創新的疆域中堅定前行。

來源 | 北京大學融媒體中心、北京大學科學研究部、北京大學化學與分子工程學院