西湖大学一周内集齐Cell、Nature、Science三大顶刊

撰文丨王聪

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

本周（9 月 22-28 日），西湖大学作为第一署名单位在Cell、Nature和Science期刊各发表一篇论文，实现了一周内集齐CNS三大顶刊。这些研究涉及荧光显微成像、无人机、mRNA 剪接领域。

时间分辨荧光蛋白，拓展荧光显微镜应用范围

2025 年 9 月 22 日，西湖大学张鑫教授团队（谈自主、熊家亨、冯嘉辉为共同第一作者）在国际顶尖学术期刊Cell上发表了题为：Time-resolved fluorescent proteins expand fluorescent microscopy in temporal and spectral domains 的研究论文。

该研究首次提出并发展了时间分辨荧光蛋白（time-resolved fluorescent protein，tr-FP）这一变革性工具集，在时间和光谱域上拓展了荧光显微镜的应用范围，为生物学研究提供了整合系统复杂性和定量准确性的全新解决方案。

在这项最新研究中，张鑫团队报道了一系列具有理性可调控寿命的时间分辨荧光蛋白（tr-FP）。通过采用在不影响荧光蛋白光谱特性的前提下调控其寿命的策略，成功开发出了覆盖可见光谱范围且具备多样化寿命特征的时间分辨荧光蛋白系列。

这些时间分辨荧光蛋白（tr-FP）可应用于时域-光谱分辨显微（temporal-spectral resolved microscopy）技术，实现了在活细胞内 9 种不同蛋白质的同步成像，并成功将多种细胞活动与细胞周期进行关联分析。更进一步地，分辨荧光蛋白（tr-FP）实现了多路复用超分辨显微（multiplexing super-resolution microscopy）成像，通过利用荧光寿命信号同时可视化 4 种蛋白质，并成功应用于细胞蛋白质化学计量学的定量研究。

基于荧光蛋白寿命和光谱的多重活细胞成像，不同的色彩信号依次叠加

总的来说，该研究系统性地发展了荧光蛋白荧光寿命的理性调控策略，构建了覆盖全可见光谱的 tr-FP 工具集，并成功应用于动态多重复合成像、超分辨寿命成像和定量分析中，显著拓展了荧光显微镜在复杂生命体系研究中的能力边界。这一系列工具和方法将为细胞生物学、发育生物学、神经科学和病理学研究提供强大的成像支持，为生物学研究提供了整合系统复杂性和定量准确性的全新解决方案。

中国多旋翼无人机领域研究首登Nature

2025 年 9 月 24 日，西湖大学工学院赵世钰团队（曹华姿为第一作者）在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：Proximal cooperative aerial manipulation with vertically stacked drones 的研究论文。

该研究研发了名为FlyingToolbox（飞行工具箱）的空中协同操作系统，在国际上首次完成了多架旋翼无人机的空中工具交换，实现了“叠式”飞行状态下的高精度协同作业，成功解决了近距离飞行与高精度操作不可兼得的关键技术难题。这也是中国在多旋翼无人机领域的研究成果首次登上Nature。

赵世钰团队提出了一种名为“飞行工具箱”（FlyingToolbox）的空中协同操作系统，该系统能够在垂直堆叠飞行条件下稳定工作，并实现亚厘米级的对接精度
该空中协同操作系统由一个微型飞行器（toolbox MAV）和一个操作微型飞行器（manipulator MAV）组成。可在高达 13.18 米/秒的“下洗气流”存在的情况下，操作 MAV 的机械臂能够自主对接工具箱 MAV 中所携带的工具，对接精度达到 0.80 ± 0.33 厘米。

图1. 飞行工具箱的组成

图2. 飞行工具箱的动态演示

通过在近距离实现空中工具交换，飞行工具箱解决了近距离飞行与高精度操作之间的矛盾，为不同应用中的异构交互式飞行机器人协作提供了新模式，有望用于帮助人类在更高、更远的地方完成复杂危险任务。

pre-mRNA 共转录剪接，分为两个阶段

2025 年 9 月 25 日，西湖大学付向东教授团队（邵长伟为第一作者）在Science期刊发表了题为：Dynamic U2AF cycling defines two phases of cotranscriptional pre-mRNA splicing 的研究论文。

该研究首次揭示了 U2AF 动态循环机制，该循环定义了共转录 pre-mRNA 剪接的两个阶段——由 Pol II 亚基辅助的剪接位点识别阶段与后续不依赖 Pol II 的剪接体组装步骤。这一发现为理解基因表达过程中由于错误“剪接”造成的疾病提供了全新视角。

长期以来，人们一直假设 RNA 聚合酶II（Pol II）最大亚基 RPB1 的 C 端结构域（CTD）能够促进共转录剪接，但 CTD 在招募 Pol II 相关剪接因子方面的必要性尚未被直接验证。相反，越来越多的证据指向不依赖 CTD 的共转录剪接机制，新近可视化解析的 U1 核内小核糖核蛋白（snRNP）与 Pol II 亚基 RPB2 和 RPB12 之间的相互作用即为明证。

该研究始于对另一个 Pol II 亚基 RPB9 在调控性剪接中作用的鉴定，最终揭示了一个前所未有的U2 辅助因子（U2AF）循环机制——该循环划分了共转录剪接的两个不同阶段。

研究团队首先直接测试了 Pol II CTD 是否为招募多个已明确的 Pol II 相关剪接因子所必需，结果发现，CTD 的截短并不影响这些因子与 Pol II 的结合。与之相反，研究团队证明了 RPB9 介导 Pol II 与U2AF1（负责界定功能性 3' 剪接位点的 U2AF 异源二聚体小亚基）发生直接相互作用。这一发现挑战了长期以来“Pol II CTD 对招募剪接因子至关重要”的传统认知。

出乎意料的是，U2AF 异源二聚体大亚基 U2AF2 并未出现在 Pol II 复合体中。研究团队进一步发现，单体形式的 U2AF2 能以浓度依赖性方式将 U2AF1 从固定的 RPB9 上释放出来。鉴于 U2AF 长期以来被视为不可分割的异源二聚体，新发现的 U2AF1 与 U2AF2 的单体功能表明了存在一种区隔共转录剪接两个阶段的 U2AF 循环。这种U2AF 动态循环与不同的全基因组关联特征相吻合：U2AF1 主要随着 Pol II 在 DNA 上行进，而 U2AF2 主要结合富含嘧啶的 RNA。对染色质关联 RNA 的分析显示，RPB9 与 U2AF1 在共转录剪接中具有协同功能，而 CTD 截短仅产生轻微影响。

总的来说，该研究揭示了 U2AF 动态循环机制，该循环定义了共转录 pre-mRNA 剪接的两个阶段——由 Pol II 亚基辅助的剪接位点识别阶段与后续不依赖 Pol II 的剪接体组装步骤。

由 U2AF 循环调控的共转录剪接的两个阶段

U2AF 动态循环的发现，首次系统性揭示了共转录剪接的核心机制，为理解基因表达调控提供了全新理论框架。mRNA 剪接错误与脊髓性肌萎缩症、阿尔茨海默病及多种癌症密切相关，这项研究有望帮助推动修复错误剪接、纠正基因组不稳定根源，从而实现对多种相关疾病的精准治疗。

论文链接：

1. https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(25)01027-X

2. https://www.nature.com/articles/s41586-025-09575-x

3. https://www.science.org/doi/10.1126/science.adj9141