撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

“组个局喝点”，我没想到这句话会出自极少喝酒的赵亚冉口中。他接着解释道：刚收到邮件，论文被 Cell 接收了。

这确实是一个值得好好庆祝的时刻，这篇 Cell 论文也为他的博士科研生涯画上了一个完美的句号。而现在，他更重要的身份是合成生物学公司未名拾光（Veminsyn）的创始人和CEO。

2017年，22岁的赵亚冉进入北京大学邓兴旺院士实验室读博，2021年，在博士还没毕业时，他拉上了实验室同学陈家悦一起创立了未名拾光，陈家悦和赵亚冉都是这篇 Cell 论文的共同第一作者。

众所周知，重力控制着植物的定向生长，120年前就提出了的“淀粉-平衡石假说”是最被广泛接受重力感知理论，也早已被写入教科书，但其中的分子机制，100多年来仍是个“未解之谜”。

2023年9月22日晚上11点，这篇 Cell 论文上线，他们解决了这个存在了100多年的科学难题，揭示了植物感知重力的分子机制，为“淀粉-平衡石假说”提供了分子水平的解释——细胞器运动触发分子极性形成。

重力是影响地球上所有生物的关键环境因素。在植物中，重力通常引导根系向下生长（正向重性），引导地上部分向上生长（负向重性），从而控制抗旱性、养分吸收等农业性状。向重力性（gravitropism）包括三个关键过程：重力感应、信号转导和差异生长响应。

由于重力的方向和大小在地球表面上几乎是恒定的，所以向重力性被认为是一种姿态控制，通过感知器官相对于重力矢量方向的倾斜来触发。

120年前提出的“淀粉-平衡石假说”解释了植物的重力感应（gravity sensing），指出了植物的平衡石细胞（根尖柱细胞和茎内皮层细胞）中的淀粉体的沉降启动对重力的感知。

但陈家悦表示，“淀粉-平衡石假说”留下了一个科学难题：植物是如何将淀粉体沉降这一物理过程转变为体内的生理生化信号的？

1930年代，科学家们发现了一种不寻常的玉米突变体，其茎向地面生长，由于其在地面匍匐的表型，被描述为“lazy”（懒惰），这种现象并非玉米独有，具有类似表型的“lazy”水稻随后被发现。此后，LAZY家族基因被证明对许多不同植物物种的芽和根的向重力性响应至关重要。

叶绿体外膜转运子（TOC）复合体的组分TOC34、TOC75、TOC120或TOC132的突变与向重力性缺陷显著相关。TOC的经典功能是将蛋白质导入质体，但TOC蛋白是否通过将某种未知信号因子导入淀粉体来调节向重力性，目前尚不清楚。丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）在真核细胞中高度保守，在植物中，MAPK信号转导模块调节植物的生长和环境响应的许多方面。

这项研究发现，重力刺激可诱导MAPK级联信号通路的MKK5-MPK3模块磷酸化LAZY蛋白，磷酸化的LAZY蛋白增强了与淀粉体表面的叶绿体外膜转运子（TOC）的相互作用，促进了LAZY蛋白从细胞膜向淀粉体外膜的转运富集。然后，淀粉体沉降促进LAZY蛋白向根尖柱细胞质膜下侧的易位，在那里LAZY诱导生长素不对称分布和根的差异生长。这种LAZY蛋白的复极化导致生长素分布的不对称性，并最终导致差异生长。因此，该研究揭示了淀粉体沉降的分子作用，为淀粉-平衡石假说的分子机制提供了见解。

论文共同第一作者陈家悦博士表示，这篇论文是团队合作的成果，我们第一个阐明了淀粉体在重力感知过程中的生物学功能，揭开百年谜题的面纱；第一次发现了淀粉体可以帮助蛋白转运，以便快速形成不对称分布，就像摆渡车一般，这表明细胞器也参与蛋白转运；跨越120年的时间，现在我们终于得以回答“淀粉-平衡石假说”留下的科学难题：淀粉体的沉降方向为植物指明了重力方向，LAZY蛋白随淀粉体一同沿着重力方向沉降，形成下侧多上侧少的分布，起始下游一系列信号通路，最终完成信号的转导。

回顾这项研究历程，陈家悦充满感慨，他告诉《生物世界》，自己从大三加入实验室开始，就一直在钻研这个课题，一晃已经七年。最早跟着李昆仑师姐进行科研训练，构建一些载体；之后，于仁波师兄和袁艳芳师姐接手，亚冉也加入进来。之后几年，师兄师姐们陆续毕业，年级渐高的我们逐渐成为课题的中坚力量。疫情期间，大家轮流入校做实验，就像一场接力跑，实验材料在不同人之间转手；之后，实验室来了许多新鲜血液，那时四年级的我们，也已经是师兄师姐了。再后来，李娜师姐，邓兆国师兄两位博后也投入战斗。这一路上走走停停，身边的人来去如梭，所有这些努力，最终在此时此刻开花结果。

2021年，合成生物学领域创新创业公司迎来了新一波高峰，尤其是大宗化工和生物制药领域。此时赵亚冉看到了生物技术正在从医药行业下沉到消费品行业，他对《生物世界》表示，当前生物技术以及工程化的发展还不足以支撑系统性地解决大宗原料的产业化。从这个角度来看，消费医疗因为其医疗属性，原料附加值较高，所以可能是未来10年，甚至更长时间里最好的应用场景，可以做系统性地原料创新以及产业化。

基于这些思考，赵亚冉联合陈家悦等人创立了合成生物学公司未名拾光（Veminsyn），在他看来，欧莱雅、雅诗兰黛等国际品牌都有着自己的核心成分，而这恰恰是中国美容护肤品牌所缺少的。而未名拾光要做的是以合成生物学为基础，开发创新生物活性材料，为中国美容护肤品牌提供国产替代成分，帮助减少衰老的影响，保持皮肤健康。

赵亚冉的底气来自科研背景强大而又年轻创始团队，未名拾光的几位联合创始人均来自北京⼤学（蛋⽩质与植物基因研究国家重点实验室）和清华⼤学（工业生物催化重点实验室）。整个团队对前沿技术有着敏锐的嗅觉、理解和应用，能够快速理解当前市场需求，从而带来更高效的创新。

例如在这篇 Cell 论文中使用的精细化的蛋白组学鉴定、植物细胞基因编辑技术以及活细胞荧光成像技术，都是未名拾光“Veminsyn-生物智造平台”的底层技术。基于该平台，未名拾光开发的新型原料Time-COL17™-001已实现量产和市场拓展，该原料通过模拟17型胶原蛋白最关键的一处信号片段，以极小的分子深入肌底，在保留17型胶原蛋白活性的同时，可通过护肤途径吸收，极大地拓展了下游护肤品牌的应用场景和产品形态。

除了开发新型胶原蛋白产品，未名拾光还与北京大学现代农业研究院成立了联合实验室，从广阔的植物世界筛选生物活性成分、开发新型植物生物反应器，为美容护肤产业带来持续的材料创新。

邓兴旺院士（左）和赵亚冉博士（右）为联合实验室揭牌

陈家悦在出差回来的路上得知论文被接收的消息，随后，他发了一个朋友圈：解决一个百年难题，是多少科学家穷极一生的追求。

现在，赵亚冉和陈家悦已经取得了科研工作者们梦寐以求的成绩，而他们为未名拾光定下的远大征程，正在徐徐展开。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2023.09.014