学术讲座｜汪劲教授 Quantifying the Landscape and Flux as the Driving Forces for Cell Fate Decision Making

2024年09月18日

2024年9月2日，昌平实验室领衔科学家陈明辰主持召开学术讲座，本次讲座邀请到纽约州立大学石溪分校/国科温州研究院汪劲教授进行了题为“Quantifying the Landscape and Flux as the Driving Forces for Cell Fate Decision Making”的学术报告，分享了非平衡态物理的旋度流（curl flux）的理论以及在生物体系广泛应用的相关研究。

陈明辰研究员主持

汪劲教授现任国科温州研究院理论交叉科学中心主任，纽约州立大学石溪分校化学和物理及天文系教授。汪劲教授的主要研究方向为分子和系统生物物理，非平衡统计物理，信息和时空物理，建立了势和流的景观理论并广泛应用于各类生物及复杂系统，提出了量化特异性的概念和方法并应用于药物设计。

汪劲教授分享报告

讲座背景：

“哪些定律支配生物系统？传统物理学定律是否适用于生物系统？这些定律在生物系统中的具体形式是什么？”景观理论研究试图从物理的角度解释决定细胞命运的驱动力。

讲座内容：

汪劲教授首先介绍了在生物系统中，从基因组到基因网络，再到基因表达的不同层次，以及非线性动态系统的局部与全局特性如何形成和影响表观遗传景观，强调了生物系统中全局稳定性的重要性，并描绘了在二维状态空间中，生物分子如何通过复杂的相互作用形成稳定的动态系统。生物系统绝大部分都是非平衡态的，基于平衡态梯度的理论没办法解释生物学过程。其后，汪教授介绍了在非平衡热力学中力的分解与一个用于非平衡系统的一般框架，重点在于能量景观和流量的组合如何影响系统的动态行为。他提出力的分解可以视为能量景观和旋流，这种方法不仅解释了生物系统中的概率分布，也揭示了这些系统中的动力学过程。此外，汪教授还讨论了非平衡热力学中的流量分解及其与时间均等波动-耗散定理的关系。

在能量景观与流量理论的应用方面，汪教授展示了该理论在哺乳动物细胞周期网络、酶的作用机理解释，人类胚胎干细胞的分化与编程过程中关键基因和调控因素的作用，并通过系统生物学分析基因线路图，揭示决定细胞命运的关键路径。

在报告的最后部分，汪教授强调了细胞周期的维持不仅需要能量耗散，还需要流量的支持以增强系统的相位一致性。此外，汪教授还探讨了转录过程和细胞命运转变的预测方法，特别是如何通过能量景观分析来理解和预测这些过程中的关键转变点。

科研人员提问与交流

汪劲教授此次讲座吸引了相关领域科学家、科研人员及学生参会，在讲座内容结束后汪教授与参会人员展开了热烈讨论。

昌平实验室开展学术讲座系列活动，邀请知名学者专家开展专题讲座，努力打造特色化、专业化、品牌化学术交流活动，为打造世界一流生命科学创新高地提供良好学术平台。