编者按：
科技兴则民族兴，科技强则国家强。为了更好的展现学校科研动态，增强广大科研工作者的认同感、归属感、自豪感，激发科研创新活力、促进学科交叉融合，科学研究院将持续汇总报道校内各单位重要科研进展，诚邀各单位积极来稿。
内容速览
1.物理学院王猛教授团队在磁性材料高压超导机理研究中取得新进展
2.生命科学学院肖仕教授团队揭示水稻茉莉素调控稻飞虱抗性的作用机理
3.电子与信息工程学院（微电子学院）李显博副教授课题组在芯片设计顶级期刊JSSC上发表一作论文
4.生态学院马亮副教授在气候变化下两栖爬行类保护效益的合作研究中取得新进展
5.中法核工程与技术学院袁岑溪副教授团队在核取证研究上取得重要进展
6.中山医学院魏绪红副教授团队揭示激活脊髓背角胆汁酸受体抑制神经病理性疼痛的机制
01
物理学院王猛教授团队在磁性材料高压超导机理研究中取得新进展
2020年王猛教授课题组生长了一种新的庞磁阻半导体材料EuTe2单晶样品。通过改变磁场大小，EuTe2单晶样品电阻值可以改变100万倍，通过变化磁场角度电阻值变化也可以达到100万倍，具有超高的磁阻（MR）和磁阻各向异性（AMR）。
EuTe2压力下的电阻测量
EuTe2为小带隙磁性半导体材料，易于被压力调控。王猛教授课题组利用金刚石对顶砧压腔实验技术对EuTe2进行了高压下的物性研究，发现压力超过5GPa时出现超导电性、在16GPa时EuTe2发生了结构相变，并且在结构相变后依然超导。Eu具有很强的磁性，一般不显示超导电性。然而，在EuTe2中，结构相变前超导电性需要22 T的磁场才可以破坏超导电性，远超过常规超导机理估算的临界磁场上限。这个结果引发了一个重要科学问题，EuTe2中高压下发现的超导电性是由于电子和声子耦合导致的常规超导还是其他机制导致的非常规超导？经过实验和理论的系统研究，研究团队确认超过理论值的上临界磁场是由于+2价Eu离子的内建磁场导致。磁场会改变磁结构，而不同磁结构会在样品中形成不同内建磁场。超导电子对感受到的磁场是外加磁场与内建磁场共同作用的结果。当内建磁场与外加磁场方向相反时，外加磁场可以远超过常规超导机理预言的理论值。这正是由Jaccarino和Peter两位科学家在1962年提出的一种磁与超导电子的作用机制，然而在实际材料中较少被观测到。在高压相变后，EuTe2成为非磁性材料，其超导上临界磁场也明显降低，完全符合理论预期。本项工作确定的物理机制可以用来解释一批具有较高上临界磁场但同时具有大磁矩的磁性超导材料。
相关成果以“Exchange field enhanced upper critical field of the superconductivity in compressed antiferromagnetic EuTe2”为题发表于Nature出版社旗下期刊Communications Physics。第一作者分别为王猛教授团队硕士研究生殷俊杰以及孙华蕾副研究员，通讯作者为王猛教授。
来源：中山大学物理学院
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02
生命科学学院肖仕教授团队揭示水稻茉莉素调控稻飞虱抗性的作用机理
稻飞虱因其迁飞性、突发性和猖獗性等特性，是亚洲水稻产区危害最大的害虫。在长久进化过程中，水稻和稻飞虱之间协同进化，一方面褐飞虱从形态、生理、行为、分子和遗传等方面逐步适应并克服水稻防御；另一方面，水稻针对稻飞虱危害特性也演化出特定的防御机制。研究表明，植物激素茉莉素（JA）在水稻对稻飞虱的防御反应中发挥关键作用，但具体作用机制不清楚。
生命科学学院植物逆境生物学方向肖仕教授课题组利用分子遗传和代谢组学技术，筛选到禾本科植物特异性代谢物β-1,3;1,4-D-葡聚糖（Mixed-linkage β-1,3;1,4-D-glucan，MLG）是水稻JA介导稻飞虱响应的下游代谢物。JA信号转录因子OsMYC2通过直接激活OsCsLF6基因的表达，促进MLG积累，进而提升水稻对稻飞虱的抗性。过表达MLG合成酶关键基因OsCslF6能促进维管束组织的细胞壁增厚，从而显著增强水稻对褐飞虱和白背飞虱的广谱抗性；而OsCslF6的CRISPR-Cas9敲除株系则降低维管束组织的细胞壁厚度，对稻飞虱也异常敏感。
进一步研究表明，MLG特异性寡聚糖还能够与褐飞虱应答激酶OsLecRK1在体外高亲和度结合，并增强其激酶活性。通过对OsCslF6-OE oslecrk1/3双转基因材料的遗传分析发现，水稻OsLecRK1基因缺失突变体oslecrk1/3可部分回补OsCsLF6过表达株系对稻飞虱“高抗”的表型。因此，水稻茉莉素信号可能通过OsMYC2-OsCslF6分子模块调控MLG合成，同时增强维管束细胞壁厚度和激活受体激酶OsLecRK1的活性，来响应包括稻飞虱在内等水稻害虫的取食，从而获得广谱抗虫性。同时，该研究通过对上千份水稻种质资源的褐飞虱抗性筛查中还发现，OsCslF6基因启动子上的AT-rich结构域在不同区域水稻品种中存在自然变异，且SNP中AA型水稻种质对稻飞虱的抗虫性呈现显著的正相关，在此基础上筛选获得了多个对稻飞虱表现高抗的水稻新种质。该研究首次揭示了水稻通过JA-MLG-OsLecRK1信号链，协同调控水稻抗虫性的作用机理，为水稻抗虫分子遗传育种提供了新的理论依据和基因资源。
水稻JA-OsMYC2-MLGs调控稻飞虱抗性的工作模式图
以上研究成果以“Poaceae-specific β-1,3;1,4-D-glucans link jasmonate signaling to OsLecRK1-mediated defense response during rice-brown planthopper interactions”为题发表在学术期刊Plant Biotechnology Journal。中山大学为该成果的第一完成单位。
来源：中山大学生命科学学院
“肖仕教授团队揭示水稻茉莉素调控稻飞虱抗性的作用机理”
03
电子与信息工程学院（微电子学院）李显博副教授课题组在芯片设计顶级期刊JSSC上发表一作论文
高速光接收机在光纤通信、无线光通信、激光雷达等领域具有广泛应用。在传统的高速光接收机中，提高光电探测器件的有源感光面积往往会增大器件的寄生电容和载流子渡越时间，从而降低系统带宽。因此，现有的高速光接收机的有源感光面积往往比较小，不仅会影响接收光功率及信噪比，而且也增加了光路对准的难度。针对这一难题，电子与信息工程学院（微电子学院）李显博副教授课题组与香港科技大学电子与计算机工程系俞捷教授合作，突破传统高速光接收前端架构的局限性，提出并验证了一种采用自适应直流光电流消除技术的新型差分双探测器光接收前端架构。
采用自适应直流光电流消除技术的新型差分双探测器光接收前端架构及芯片
该架构采用差分方式连接两个光电二极管，并引入自适应的直流光电流消除电路来解决差分连接的光电二极管所导致的直流失调问题，从而可以在不影响带宽、噪声等关键性能的前提下将现有高速光接收机的感光面积提高一倍，极大改善了光接收机的性能。与已有的差分光接收前端需要两束差分入射光不同，所提出的新型差分光接收前端可对单束入射光实现差分接收，大大降低了系统复杂度。此外，该研究还提出一种基于差分对结构的电流复用跨阻放大器，以进一步提高光接收机的灵敏度。芯片测试结果表明，所提出的新型差分光接收前端架构能将光接收芯片的误码率降低三个数量级，具有重要的科学和应用价值。
2023年3月，相关成果以“Dual-Photodiode Differential Receivers Achieving Double Photodetection Area for Gigabit-Per-Second Optical Wireless Communication”为题发表于芯片设计领域国际顶级学术期刊IEEE Journal of Solid-State Circuits 。李显博副教授为该论文的第一作者兼通讯作者，这是中山大学首次以第一作者单位在JSSC上发表论文。
来源：中山大学电子与信息工程学院（微电子学院）
“中山大学首次在芯片设计顶级期刊JSSC上发表一作论文”
04
生态学院马亮副教授在气候变化下两栖爬行类保护效益的合作研究中取得新进展
近期，生态学院马亮副教授与中国科学院动物研究所的宓春荣博士后、杜卫国研究员和刘宣研究员开展合作研究，通过详细收集全球70%现存两栖、爬行动物（两栖类5403种，爬行类8993种）的分布信息，并应用生态位模型预测了当前和未来的适宜分布区，在全球和洲际尺度分析了两栖爬行动物在全球陆地保护区内的物种多样性和栖息地面积随气候变化的潜在分布动态。结果发现：无论在当前还是未来，保护区都将持续为绝大多数的物种（> 90.0%）提供保护。而且，随着气候变化，保护区内的物种多样性和保护区覆盖两栖、爬行动物的栖息地面积比例都将增加，最终被保护区有效保护的两栖、爬行动物的比例将会增加。以上结果表明，气候变化下全球现有保护区对两栖、爬行动物保护的重要性将进一步提高，可能成为这两个近年来正在经历全球种群数量下降的类群应对全球气候变化的避难所。
该研究同时发现，气候变化下超过300种两栖类和500种爬行类的栖息地可能会完全丧失。而且，现有保护区仍存在很大的保护空缺：7.8%的两栖爬行动物的分布区尚完全在保护区外，70%以上的两栖爬行动物在现在和未来都没有得到保护区的有效保护（被保护区覆盖的分布范围小于15%），空缺区域主要位于热带和亚热带的潮湿雨林，主要包括国土面积比较大的国家，如美国、中国、澳大利亚，或一些发展中国家，如巴西、墨西哥、哥伦比亚、印度、缅甸等。
气候变化后各国的保护空缺区域和保护优先区
相关研究成果以“Global Protected Areas as refuges for amphibians and reptiles under climate change”为题在线发表在Nature Communications上。中国科学院动物研究所杜卫国研究员和刘宣研究员为共同通讯作者，中国科学院动物研究所博士后宓春荣和中山大学生态学院副教授马亮为共同第一作者。
来源：中山大学生态学院
“Nature Communications | 我院马亮副教授在气候变化下两栖爬行类保护效益的合作研究中取得新进展”
05
中法核工程与技术学院袁岑溪副教授团队在核取证研究上取得重要进展
反应中的一个很常见的问题是通过反应产物推断反应物和反应过程，这是个典型的逆问题或反问题。对于核反应堆，确定初始富集度的燃料在经历一定的燃耗后，乏燃料中会包含各种锕系核素和裂变产物。反之，如果知道最后产物的浓度，也有可能反推初始富集度和燃耗。核取证作为一门新兴学科，通过对核走私以及核爆炸样品的分析进行溯源，能够有效地防范核扩散和核威胁。其中，乏燃料的扩散最具潜在威胁性，之前的许多研究一直在寻找合适的表征参数来判断乏燃料的来源信息，包括它的初始富集度，反应堆类型以及燃耗等，但少有较为有效地进展。一方面在于实验测量数据的匮乏，以往的研究往往采用基于模拟数据的统计分析，难以得到高可信度的结果；另一方面，反应堆作为一个复杂体系，其中子输运-燃耗耦合为高度非线性问题，反应产物的浓度变化与各种溯源信息之间并不存在简单的对应关系。
本工作提出了一种新思路解决此问题，也即使用了两组核素比例的线性组合作为表征依据。基于OECD核能署发布的乏燃料（测量）数据库SFCOMPO-2.0，本工作挑选了测量数据较多的铀、钚的7种长寿命同位素，按两组核素比相组合，进行穷举分析，发现PWR，BWR，VVER-400，VVER-1000，MAGNOX和AGR共6种类型的反应堆中辐照后的燃料内确实存在相应的线性约束，并确定了与之相关的模型；基于开源蒙特卡洛程序OpenMC模拟的PWR与BWR数据亦符合上述模型。此外，通过机器学习的方法，发展了基于两组核素比例的区分中子学性质相近的PWR与BWR。
以PWR与BWR为例，选取的两组同位素比值R1与R2（左）以及基于R1与R2的模型预测与真实富集度比较（右）
这些模型可以作为核取证的特征依据，有效地提取以上6种类型的反应堆的初始富集度和燃耗信息，并能够区分辐照环境为PWR或BWR，具有重要的应用价值。以上研究成果以“Linear Regression and Machine Learning for Nuclear Forensics of Spent Fuel from Six Types of Nuclear Reactors”为题发表在美国物理学会旗下的应用物理领域主流期刊Physical Review Applied上。本工作为中法核工程与技术学院与中国工程物理研究院战略研究中心合作完成。助理教授陈胜利博士为本文第一作者，袁岑溪副教授为通讯作者，张纯禹副教授与战略研究中心朱剑钰副研究员为共同作者。
来源：中山大学中法核工程与技术学院
“科研动态 | 学院在核取证研究上取得重要进展”
06
中山医学院魏绪红副教授团队揭示激活脊髓背角胆汁酸受体抑制神经病理性疼痛的机制
周围神经损伤常会导致神经病理性疼痛，其显著特点是在损伤愈合后，痛觉异常依然存在数周、数月乃至数年，使患者痛苦不堪。药物治疗是神经病理性疼痛的常用治疗方法，然而只有部分患者对传统的镇痛药敏感，治疗效果不理想，且长期使用可形成依赖性。因此寻找有效的治疗药物具有重要的意义。
近日，人体解剖与生理学系疼痛研究中心魏绪红副教授团队利用坐骨神经分支选择性损伤模型（SNI）发现SNI后7天及14天时脊髓背角总胆汁酸水平下降，突触外GABAA受体特异性亚基δ亚单位的表达亦发生下调，而脊髓背角小胶质细胞胆汁酸合成限速酶胆固醇7α-羟化酶(CYP7A1)、胶质细胞及GABA能神经元上胆汁酸膜受体TGR5及胆汁酸核受体FXR的表达均发生上调。鞘内注射TGR5特异性激动剂INT-777或FXR激动剂INT-747可缓解SNI导致的机械痛觉超敏，且这种缓解作用可以被GABAA受体拮抗剂Bicuculline所阻断。研究人员进一步利用Western blot实验和免疫荧光实验证实了INT-777或INT-747可以抑制SNI痛模型引起的脊髓背角神经元ERK的磷酸化及胶质细胞的激活，且证实该作用亦可被GABAA受体阻断剂所阻断。该论文发现脊髓背角存在胆汁酸合成限速酶，提示中枢神经系统可自身合成胆汁酸。该胆汁酸可作为信号分子与其膜受体TGR5及核受体FXR结合，激活突触外GABAA受体，增强其对脊髓背角痛觉传递神经元的抑制作用，从而缓解小鼠的机械痛敏行为。
上述成果以“Activation of the bile acid receptors TGR5 and FXR in the spinal dorsal horn alleviates neuropathic pain”为题在CNS Neuroscience &Therapeutics期刊发表。2019级硕士研究生吴宇宁、中山大学附属第一医院麻醉科邱煜鑫主治医师、中山大学附属第一医院康复科苏敏芝主管技师为本文的共同第一作者，魏绪红副教授为本文的末位通讯作者。
来源：中山大学中山医学院
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