（记者 粟用湘 胡京玥）9月18日，国际顶级学术期刊《Science》杂志发表了我校物理与信息科学学院、量子效应及其应用协同创新中心刘红荣教授与清华大学生命科学学院程凌鹏副研究员合作的研究论文“冷冻电镜揭示双链RNA病毒内部聚合酶和病毒基因组的非线轴结构(Cryo-EM shows the polymerase structures and a non-spooled genome within a dsRNA virus)”（http://www.sciencemag.org/content/349/6254/1347.abstract）。该研究提出了一种基于二维电子显微图像重构对称失配生物大分子三维结构的新方法，首次揭示了病毒内部基因组及其聚合酶的三维结构。这是我校建校以来科研成果首次登上《Science》，也是通过各种可能途径检索后，截至目前，湖南省历史上第一篇同时以第一作者、第一单位和通讯作者单位名义在《Science》发表的研究论文。
自人类对疾病的认识进入后基因组时代以来，科学家一直试图对病毒的内部三维结构进行测定。刘红荣教授与程凌鹏副研究员的研究成果第一次将病毒的观察视角从“衣壳”深入到了内部，不仅将一种双链RNA病毒的三维结构完整呈现，否定了过去认为该类型病毒的内部基因组应呈线轴状排列的主流观点，而且以一种全新的方法，开启了帮助人们认识更多生物大分子内部结构的大门。
病毒三维结构研究对人类健康、疾病防控、药物设计等意义重大。自然界中相当数量的病毒是由呈二十面体对称的“衣壳”和壳内非对称的基因组及相关蛋白组成。对病毒衣壳结构的研究已有50多年的历史。近年来，利用电子显微技术和X射线晶体学技术，结构生物学家已经解析了大量病毒衣壳的原子分辨率三维结构，对衣壳蛋白的分子结构已有较为系统的认识。然而，对于病毒内部的基因组及相关蛋白的三维结构，迄今为止科学家仍然几乎一无所知。
据刘红荣介绍，描绘病毒内部结构的难点，在于其内部的基因组和蛋白并非像外部“衣壳”中那样，呈二十面体对称排列。科学家将病毒衣壳内部基因组及相关蛋白的这种不对称性称为“对称失配”。正是由于对称失配的存在，研究人员在给病毒“拍照”时，收集的实验数据是不同对称信息的叠加，导致现有的数据处理方法无法对其内部结构进行三维重构。
刘红荣和程凌鹏两人在病毒三维重构领域开展了十余年合作研究。最近，他们提出了一种基于二维电子显微图像解析对称失配生物大分子三维结构的新方法。该方法可以将具有不同对称性的信息很好地从信噪比极低的电子显微图像中分离出来，并精确地测定其几何关系。运用该方法，他们首次对一种源自昆虫的双链RNA病毒内部的基因组及其RNA聚合酶的三维结构进行了解析，发现该病毒的内部结构呈现出一种“多层球状”。同时，他们也解析了在基因组转录状态下，病毒内部RNA与其聚合酶之间相互作用的精细构象变化。在此基础上，研究人员成功构建出了双链RNA病毒在复制和转录过程中内部RNA及其聚合酶的协同工作模型。
正如论文的国际审稿人评价“该研究为解决病毒内部基因组三维结构及基因组同其他蛋白之间的相互作用这一重要问题迈出了坚实的一步；该研究为对称失配三维重构提供了一种全新有效的方法”。该研究改变了长期以来占据双链RNA病毒研究领域的“病毒衣壳内的基因组呈线轴状排列”的主流观点，首次为生物学家提供了病毒内部基因组及其聚合的三维结构信息。同时，从方法学上开启了研究包括病毒基因组在内的对称失配生物大分子三维结构的大门，将对结构生物学前沿研究产生重要而深远的影响。
美国《Science》与英国《Nature》是当今国际上公认的最具代表性、知名度和权威性最高的综合性学术期刊，致力于报道世界各学科最前沿的重要原创性科学研究成果，享有极高的学术声誉和世界影响力。《Science》和《Nature》杂志发表的论文整体上代表了当今世界科学研究的最高水平。
我校物理与信息科学学院拥有理论物理国家重点学科、物理学湖南省优势特色学科、低维量子结构与调控教育部重点实验室、量子效应及其应用湖南省协同创新中心等学科平台。近年来，在各学科平台的基础上物信院的科研工作和学科建设呈现出蓬勃发展的态势。刘红荣教授于2011年从美国加州大学洛杉矶分校博士后出站归国来我校工作，其团队成员曾松军副教授2012年从香港理工大学博士后出站来我校工作。该团队主要从事凝聚态物理及其交叉科学的研究工作，近年来，获得了国家自然科学基金重大研究计划、国家自然科学基金面上项目和青年项目，以及教育部新世纪优秀人才支持计划、湖南省杰出青年科学基金等项目的资助，近年来，在Science、PNAS、Biomaterials、J Virol、J Mol Biol、Adv Funct Mater、Nanoscale等一流学术期刊发表了学术论文多篇。
刘红荣简介：
刘红荣，湖南师范大学大学物理与信息科学学院教授、博士生导师。湘潭大学物理学院凝聚态物理博士、美国加州大学洛杉矶分校博士后，2011年9月来我校工作。
