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来源： 发布时间：2016-08-18
Nature
抗生素抗性基因的分布和扩散图
Nature封面：秘鲁首都利马位于城乡接合部的一个贫穷棚户区，名叫 “Pampas de San Juan de Miraflores”。Nature杂志第7602期封面文章报道了绘制抗生素抗性基因的分布和扩散图是公共卫生方面的一项优先任务。来自拉丁美洲两个低收入社区的细菌群落结构和抗性基因交换网络被定性，这两个社区分别是萨尔瓦多首都圣萨尔瓦多以南35公里的一个由自耕农组成的村庄和秘鲁首都利马西南大约15公里的沙丘地带的一个棚户区。通过对数百个相互联系的人类粪便和环境样本进行功能基因组学研究和全元基因组测序，发现不同生境的“抗性组”的结构一般是由细菌系统发育沿生态梯度决定的，但关键抗性基因能穿过这些边界。他们还对粪便管理方式在防止抗性基因扩散中所起作用进行了评估。
噬菌体T4基板的原子模型
Nature封面：噬菌体T4基板结构在其向宿主细胞上附着前状态的一个手工制作的“低多边形”。Nature杂志第7603期封面文章报道了噬菌体T4基板的原子模型。噬菌体T4用其可收缩的尾巴来将自己的基因组注入一个细菌宿主细胞内。该过程的核心是位于尾巴末端的基板。通过低温电子显微镜生成了T4基板在其向宿主细胞上附着前和附着后构形下的一个原子模型，首次从分子层面上看到了导致在这两个状态之间的转变的事件的发生顺序。“基板-尾管”复合体包含由15种不同蛋白组成的145个多肽链，这些结构显示了基板是怎样将宿主识别与鞘收缩结合在一起的。基板所有核心部分的结构和组织在一系列不同的细菌收缩机构中都是保守的，说明它们的基板采用一个相似的机制来触发鞘收缩。
大小的确很重要
Nature封面：两只狐獴。Nature杂志第7604期封面文章报道了哺乳动物合作种群中个体的竞争生长情况。狐獴是小型群居肉食性动物，在每一群内一个居支配地位的繁殖对(breeding pair)垄断繁殖活动，而它们的后代则由所有群体成员来抚养。争夺繁殖角色的竞争是激烈的，个体在群体中的地位取决于其大小和重量。Elise Huchard等人研究了野生喀拉哈里狐獴的一个天然种群，发现它们在不断估计彼此的大小，以确保年轻个体不会超过它们的大小，因而也不会超过它们的群体地位。一旦一只狐獴成为群体中的老大，它就会猛长一阵，以确保它仍然比其最大的对手更大、更重。作者提出，对竞争风险的类似反应可能也会出现在如家畜和灵长类等其他群居哺乳动物中。
冥王星上的 “史波尼克平原”
Nature封面：NASA“新视野号”飞船所看到的冥王星上的“史波尼克平原”。Nature杂志第7605期封面文章报道了冥王星表面上吸引人的细节情况。包括被称为“史波尼克平原”的一个填满冰的巨大盆地，它在冥王星的地质活动中居中心地位。“史波尼克平原”表面(大部分由氮冰构成)很大部分被分成不规则的、直径几十公里的多边形，其中心比边缘高出几十米。Alexander Trowbridge 等人报告了一个参数化的对流模型，在其中氮冰强烈对流，其厚度有十公里或更大，形成时间约有100万年。William McKinnon等人(来自“新视野号”团队)显示，在几公里厚的一层固态氮中发生的被称为“sluggish lid”的对流翻转(convective overturn)既能解释这些多边形的存在，也能解释它们为什么那么宽。
Science
信息图探索城市星球的崛起
Science封面：笼罩在浓雾中的迪拜，阿拉伯联合酋长国现代化大都市。Science杂志第6288期封面文章报道了采用信息图探索城市星球的崛起。地球正在变成一座城市星球。大约超过世界人口的一半生活在城市中，而且这一比例还在继续增长。预计到2050年，三分之二的地球人口将生活在城市中。交互性地图显示了1950~2030年之间城市化进程。橙色圆圈代表世界上200座超级大都市。圆圈越大，人口越多，城市中心的热岛现象也越来越常见。可持续和高效的发展城市话进程是现阶段需要考虑的重要事情。点击该链接http://scim.ag/1Tb0WdZ，体验都市星球的机遇和挑战。
云的诞生
Science封面：云层环绕的瑞士少女峰斯芬克斯天文台。Science杂志第6289期封面文章报道了自由对流层新粒子的形成，特别是化学和实效性的问题。瑞士阿尔卑斯山中部的少女峰斯芬克斯天文台是获取微滴云微粒的理想位置。在对流层许多颗粒的形成是实时发生的，大气凝结核来源的一半来自大气新粒子生成（New particle formation, NPF），从而影响云的质量和地球能量平衡。与行星边界层不同，在自由对流层极少观察到NPF。新的观测证据显示在高海拔地区，NPF主要通过高氧分子（highly oxygenated molecules, HOMs）的冷凝形成。一系列新的发现将改进大气模型的NPF参数。
纳米阵列“超级镜头”
Science封面：二氧化钛纳米阵列构成的超级镜头。Science杂志第6290期封面文章报道了一款比纸还要薄的透镜系统，它与当前世界上最先进的光学成像系统放大成像效果相当。美国哈佛大学研究团队使用高纵横比的二氧化钛纳米阵列构成“超表面”以控制其中光波相互作用的方式，得到了数值孔径高达0.8的透镜，可在可见光谱范围内高效率工作，实现亚波长分辨率成像。通俗的说就是一个比一张纸还要薄的透镜，可将图像放大170倍，而且图像质量还和当前世界上最先进的光学成像系统相当。这种超小、超轻、超薄、柔性的超级镜头可以应用在很多方向。
红色警报——保护英国红松鼠
Science封面：英国红松鼠。Science杂志第6291期封面文报道了人类保护英国红松鼠所做出的努力。英国红松鼠的种群栖息地受到北美灰松鼠侵入后，由于受到灰松鼠携带致命病毒的影响，红松鼠的数量锐减，生存现状受到严重威胁。这种灰松鼠比红松鼠强壮，它们跟红松鼠争抢食物，在激烈的竞争中，红松鼠总是处于弱势。灰松鼠的繁殖能力也比红松鼠强，所以灰松鼠的数量在急剧上升，结果红松鼠的栖息地进一步被压缩。灰松鼠身上携带有疱疹病毒，这是一种滤过性皮肤病，它们虽然携带着病毒，但不致病，可是红松鼠却对这种病毒十分敏感，一旦传染上就会得病死亡。科学家们正在努力拯救这一可爱的濒危物种。
生物大分子
酵母核糖体组装前体的高分辨冷冻电镜结构
清华大学高宁研究组与合作者揭示了细胞核内的核糖体组装前体结构揭示了装配熟因子的功能多样性，相关结果发表在《自然》杂志上。该研究报道了位于酵母细胞核内的一系列组成上和结构上不同的核糖体60S亚基前体复合物的冷冻电镜结构，确定了近20种装配因子在核糖体上的结合位置及其原子结构。真核核糖体的成熟是一个高度复杂的过程，包括核糖体蛋白装配以及rRNA的剪切加工，需要76 snoRNAs和超过200种装配因子的调控。然而绝大多数真核装配因子的结构以及其行使功能的分子机理完全未知。这些数目众多的装配因子在组装过程的不同时间点发挥作用，介导了核糖体组装的全过程，包括核仁，核质、跨核孔复合物的运输，以及胞质的装配过程。
人源NPC1蛋白结构及其介导胆固醇转运和埃博拉病毒入侵的分子机制
中国疾控中心、中科院微生物所高福院士研究组与清华大学颜宁研究组合作，报道了人源胆固醇转运蛋白NPC1的4.4埃分辨率冷冻电镜结构，并探讨了NPC1和NPC2介导细胞内胆固醇转运的分子机制，研究论文发表于《细胞》。Niemann-Pick疾病是一类因为脂类代谢失常而导致的罕见遗传疾病，目前还没有有效的治疗手段。NPC1功能异常是C型Niemann-Pick疾病的主要因素。人源NPC1是一个全长1278个氨基酸并含有13次跨膜螺旋的膜蛋白，新型的“随机相位3D分类”方法从而将这一并不十分稳定的单体膜蛋白结构解析到4.4埃，有望推广到对于类似生物大分子的结构解析。
抗埃博拉抗体被成功分离
中科院广州生物医药与健康研究院与广州医科大学联合共建的呼吸疾病国家重点实验室陈凌研究员与清华大学张林琦教授等合作，通过单细胞克隆等技术，成功从猕猴体内分离出我国首例抗埃博拉病毒感染的高效单克隆中和抗体，研究论文发表于《科学报告》。埃博拉病毒是迄今为止人类所知的最致命传染性病毒之一，平均病死率高达40%左右。从1976年在刚果民主共和国发现，一直在中部非洲国家和地区小范围爆发和流行。2014年春季开始，埃博拉疫情在西部非洲几内亚、利比里亚和塞拉利昂三国突然大范围爆发，给人民生活、经济发展和社会稳定带来了灾难性的打击，对新形势下的公共健康和安全提出了前所未有的挑战。
新型内质网钙通道
中科院动物研究所唐铁山课题组与美国克利夫兰州立大学周爱民课题组、中国科学院动物研究所陈佺课题组、中科院上海药物研究所李扬课题组等合作，在阐释细胞应对内质网钙离子过载机制方面获得进展，相关成果发表于《细胞》。胞内钙库的钙释放是钙信号触发的一个重要途径。内质网是胞内的重要钙库，所以内质网中的钙离子必须维持一个稳定的水平才能保证钙信号的准确性。内质网中的钙水平过高或过低都会造成钙信号紊乱，进而导致细胞生理功能异常和疾病。内质网上的跨膜蛋白TMCO1可以感知内质网中过高的钙浓度并形成具有钙离子通道活性的四聚体，主动地将内质网中过多的钙离子排出，从而消除内质网钙过载给细胞带来的多种威胁。
光合作用超级复合物
中科院生物物理研究所柳振峰研究组、章新政研究组与常文瑞/李梅研究组合作，通过单颗粒冷冻电镜技术，在3.2埃分辨率下解析了高等植物（菠菜）光系统II-捕光复合物II超级膜蛋白复合体（PSII-LHCII supercomplex）的三维结构，相关结果发表在《自然》杂志上。光合作用为地球上几乎所有生命体提供赖以生存的物质和能量。该项工作首次解析了CP29的全长结构和CP26的结构，并发现了这三个不同外周捕光复合物与核心复合物之间相互装配和识别的机制和位点。在准确指认了外周捕光复合物与核心复合物界面上的三个小亚基的基础上，解释了它们在介导二者之间装配以及稳定超级复合物方面的作用。对于进一步在分子水平理解PSII-LHCII超级复合物中的能量传递时间动力学和光保护机理具有重要意义。
合成镜像生物分子系统实现遗传信息复制与转录
清华大学生命学院朱听课题组与化学系刘磊课题组合作，通过化学合成镜像聚合酶实现了中心法则中DNA的复制与转录这两个关键步骤，研究论文发表于《自然-化学》。地球上已知所有生物都具有手性均一的特征，即构成生命的蛋白质几乎均由L型氨基酸组成，而DNA和RNA均由D型核糖组成；迄今为止还没有证据表明反手性生命系统在进化中曾经出现过。该研究结果表明镜像DNA的复制与转录同样遵循碱基互补配对原则，并具有良好的手性特异性。由该镜像分子系统聚合得到的镜像DNA核酶实现了与天然DNA核酶相同的自剪切功能。该研究有望被用来聚合实用反手性核酸大分子和实现构建镜像生命系统迈。
第二类内含子及其逆转录酶复合体的结构
清华大学生命科学学院教授、清华-北大生命科学联合中心研究员王宏伟研究组及其合作者报道了内源性的第二类内含子RNA蛋白复合物的3.8埃分辨率的冷冻电镜结构，研究论文发表于《自然结构与分子生物学》。第二类内含子RNA大量存在于原核生物中，是真核细胞中剪接体的进化祖先。真核细胞中的绝大多数内含子剪接是通过由少量RNA和许多蛋白质组成的复杂核糖核蛋白复合物剪接体来完成的。而在原核生物第二类内含子的形成过程中，剪接是通过内含子RNA自身结构所产生的核糖酶活性独立介导酯基转移反应从而形成分离的内含子套索和拼接的外显子，因而是相对简单的剪接过程。第二类内含子RNA蛋白质复合体的研究对理解真核生物的剪接体与端粒酶的进化过程与分子机制具有重要意义。
ATM激酶精细三维结构
中国科学技术大学蔡刚课题组与南京农业大学王伟武课题组、中科大刘海燕课题组合作，揭示了毛细血管扩张共济失调症突变蛋白——ATM激酶的精细三维结构，相关成果发表于《自然-通讯》。ATM蛋白负责启动细胞对DNA双链断裂损伤的响应，是调控基因组稳定性的最核心激酶，能直接磷酸化细胞内超过1000个重要底物。该研究解析了分辨率8.7埃的ATM激酶的三维结构，揭示了ATM激酶的各个结构域及其之间的相互作用；尤其是ATM同源二聚体呈现出张开翅膀的蝴蝶构象，二聚体的相互作用界面清晰可辨；激酶活性区域位于蝴蝶的头部，分辨率相对较高，其原子结构模型得到构建，并显示出底物结合的位点。
农林植生
荒漠植物适应干旱的水分收集和运输新模式
中科院新疆生态与地理研究所张元明团队与美国科学家合作，以齿肋赤藓为研究材料，阐明了荒漠植物叶片特殊结构在植物体适应干旱环境中的重要作用，揭示了荒漠植物高效利用干燥空气水分维持生命的机制，提出了荒漠植物“由上至下”吸收水分的新模式，相关结果发表于《自然-植物》杂志。荒漠植物大多拥有高度进化的水分吸收和运输系统，传统理论认为它们能通过发达的根系最大限度地从沙土中吸收水分，向上传输到茎、叶，同时借助特殊的叶片结构减少水分的损失。齿肋赤藓的假根系统并不具有水分吸收的作用，齿肋赤藓密集的叶片芒尖能够有效地吸收雨滴打击的能量，从而最大程度地减少雨滴的飞溅和水分的损失，有利于水分的保持和吸收。
喀斯特流域生态系统或受到更强的气候胁迫
中科院亚热带农业生态研究所徐宪立研究组采用基于Budyko水热平衡框架的气候弹性分析方法，开展气候变化条件下喀斯特流域生态水文响应研究，研究论文发表于《水文学杂志》。喀斯特流域蒸散发对降水变化的敏感性较大，而对潜在蒸散发变化的敏感性较小，反映了喀斯特流域蓄水能力差、水分下渗快的水文条件下，水分供给而非能量需求是喀斯特流域生态系统蒸散发的限制因子。近50年的气候变化引起了喀斯特流域蒸散发更大程度的降低，而相关研究表明蒸散发与植被生产力具有很好的正相关，这在一定程度上说明喀斯特流域生态系统可能受到更大的气候胁迫。变化环境下喀斯特流域生态系统的响应与适应的研究需要进一步加强。
叶绿体分子伴侣素不同亚基顶端区的功能分化分工
中科院遗传与发育生物学研究所刘翠敏研究组，过对衣藻不同类型的Cpn60顶端区进行筛选和比较发现：该区不仅显著影响分子伴侣素的ATP酶活，而且α型顶端区对RbcL的结合能力是β型的三倍，但却只有β型顶端区能够与辅伴侣进行有效互作。研究论文发表于《分子植物》。植物光合作用固碳关键酶Rubisco的折叠组装依赖于叶绿体分子伴侣素Cpn60，Cpn60如何实现不同底物间的结合-折叠平衡是个由来已久的科学问题。研究成果凸显CPN60 α顶端区所具有的独特优势，对分子层面认识并优化叶绿体蛋白内稳态，进而改良光合作用效率具有重要的参考价值。
生境过滤影响同种和系统发育负密度制约的可检测性
中科院西双版纳热带植物园研究员曹敏、林露湘等，应用广义线性混合模型分析幼苗存活与邻体密度变量和生境变量的关系，相关成果发表于《生态学》。同种负密度制约被认为是一种驱动热带森林群落树种共存的关键机制。最优模型表明同种负密度制约和生境过滤同时影响幼苗存活，与研究人员预期相反的是，系统发育正密度制约对幼苗存活存在显著的效应。生境过滤没有对邻体的系统发育正效应起到解释作用，但是生境过滤会降低可检测到的同种负密度制约的强度。该研究结果表明忽略生境因子和系统发育关系会影响同种和异种邻体对幼苗存活重要性的判断。
青藏高原冻土碳库评估
中科院植物研究所杨元合研究组以青藏高原多年冻土区为研究对象，发展了基于地面观测、卫星遥感、气候要素和土壤信息等多源数据与支持向量机相结合的碳库估算方法体系，系统评估了青藏高原3米深度冻土碳库的大小及其分布特征，相关结果发表在《全球变化生物学》杂志上。冻土是指零摄氏度以下并含有冰的各种岩土和土壤，主要分布在北半球的寒冷地区。过去几十年，持续的气候变暖使全球冻土分布区出现了以冻土活动层厚度增加、热融喀斯特加剧等为标志的融化现象。显著的冻土融化很可能会导致冻土中长期封存的大量有机碳被分解释放，形成对气候变暖的强烈正反馈。该研究结果表明青藏高原多年冻土区是一个重要的碳库。
挑剔的雌性主导性别异时进化
中科院古脊椎动物与古人类研究所王世骐研究员发现在生物进化过程中，除了自然选择以外，性选择也起到了非常重要的作用，该研究成果发表于《古脊椎动物学报》。生物进化理论从另一个方面阐释了雌性所拥有的主导权。通过对甘肃临夏盆地中中新统曾家地点的葛氏铲齿象居群的研究发现，雄性比雌性具有更隆起的脑颅部和更加退缩的鼻骨。隆起的脑颅和退缩的鼻骨都是接近于现生象的进步特征，隆起的颅骨使颞部肌肉收缩力增强，更有利于碾磨草，而鼻骨越短鼻子就越长。这种现象不仅在铲齿象中，在欧洲中中新世的嵌齿象中也有发现。从某种意义上说，在中新世时期，长鼻类雄性的进化似乎比雌性要领先一步。
草本被子植物占优势的植被形成时间
中科院植物研究所陈之端研究组及其合作者利用古老的草本被子植物——毛茛科作为代表研究了以草本被子植物占优势的植被的进化，研究论文发表于《科学报告》。以早白垩世被子植物大爆发为标志的“陆地革命”和白垩纪末恐龙为代表的生物大灭绝是白垩纪的两个重大事件，它们对陆地生态系统的重新构建和现代化产生了深远的影响。以草本被子植物占优势的林下草本层与以被子植物占优势的森林的兴起是同步的，共同对白垩纪“陆地革命”做出了贡献，而开放生境中以草本被子植物占优势的植被则稍晚于森林的形成，或者在森林形成末期才兴起。同时，根据毛茛科植物多样化速率在白垩纪-古近纪交界没有发生明显变化，认为以草本被子植物占优势的植被受白垩纪末大灭绝事件影响较小。
森林土壤有机碳激发效应
中科院沈阳应用生态研究所人工林生态组王清奎研究员等开展了土壤含水量变化对亚热带人工林土壤有机碳分解激发效应影响的研究，研究论文发表于《生态系统》。根据IPCC报告，强降水、长期干旱等极端气候事件发生频率将持续增加，将会引起土壤干湿交替、土壤水分经常性发生变化。这一变化将会对土壤碳输入等地下生态过程产生深刻影响。正激发效应促进土壤有机碳的分解，能降低土壤碳储量，而负激发效应则有利于生态系统土壤碳固持。该研究提升了科研人员对全球变化背景下陆地生态系统土壤碳循环的认知，也为全球变化背景下如何管理人工林、增加其碳汇功能提供科学支撑。
附生苔藓植物对林下荫湿生境的适应机制
中科院西双版纳热带植物园恢复生态研究组刘文耀研究员等，以哀牢山山地云雾林中三种优势附生苔藓树平藓、刀叶树平藓、阿萨羽苔为对象，研究其功能性状和光合特性之间的关系，以期从功能性状的角度揭示附生苔藓植物对林下荫湿生境的适应机制。相关成果发表于《苔藓学期刊》。三种附生苔藓具有典型的耐荫植物的光合特征和极低的光合效率系数，强光下呈现出光抑制现象，其光合特征与林下荫湿的生境相协调。附生苔藓的诸多性状有利于提高附生苔藓在低光照生境下的量子捕获效率。因此，苔藓植物对林内荫湿生境的适应是其功能性状之间权衡与优化的结果。通过功能性状间的权衡，在林内荫蔽生境下附生苔藓对资源的高截留的生存策略得以适应和生存。
疾病研究
全球人感染禽流感H5N1流行病学特征
中国疾控中心余宏杰课题组通过系统收集长达18年的全球人感染H5N1禽流感个案数据，首次呈现了1997年至2015年全球人感染H5N1禽流感的流行病学特征，阐明了自2014年11月以来埃及上升疫情的流行病学特征及相关危险因素变化，相关成果发表于《柳叶刀-传染病》。研究发现，人禽流感H5N1疫情主要发生在东亚、东南亚和北非国家，并在2003年至2008年逐渐从东亚扩散到东南亚、西亚和非洲。全球人禽流感H5N1总病死率为53.5%，但各地区有所差异。从全球范围看，67.2%的病例发生在12月至次年3月，而且2015年报告了最多的病例。病例的年龄中位数为19岁，同时80%的病例在35岁以下，但埃及死亡病例的年龄中位数高于东亚和东南亚死亡病例。该研究为下一步疫苗和抗病毒药物研发、疫情驱动因素的研究和防控提供了科学证据。
精神分裂症研究进展
中科院遗传与发育生物学研究所许执恒研究组与约翰-霍普金斯大学医学院明国丽研究组合作，通过基因敲除小鼠模拟了精神分裂症病人的症状，确定了CRMP2基因与精神分裂症的相关性，证实成年突触和神经环路形成异常，可能是导致cKO小鼠表现出精神分裂症样行为的基本原因，研究论文发表于《自然-通讯》。精神分裂症是一种以幻觉、幻想、情感失调和认知功能障碍为主要特征的精神疾病，是由遗传因素和环境因素共同作用，导致大脑发育异常引发的，具有较高的遗传性，影响全球约1%的人口。CRMP2是一种多功能蛋白，参与细胞骨架的动态调控和囊泡运输调控。该研究为今后精神分裂症的病理机制研究和临床药物筛选提供了有价值的动物模型。
Angelman综合症和自闭症的发病机制的理解
中科院遗传与发育生物学研究所张永清研究组与上海神经所熊志奇组的合作，发现Ube3a对Tkv负调控作用在哺乳动物中保守，为理解Angelman综合症以及自闭症的发病机理以及治疗药物的筛选提供了新的思路和靶点，研究论文发表于《PLoS遗传学》。Angelman综合征是一种神经发育疾病，其主要临床表现是严重的智力障碍、发育迟缓、共济失调、癫痫、语言缺失、自闭并伴随不合适大笑等异常行为，所以该疾病又称“快乐木偶症”，是由E3泛素连接酶UBE3A的突变或缺失导致的。深入研究 UBE3A在神经系统的功能对于理解Angelman综合症和自闭症的发病机制具有重要的理论意义，也具有潜在的临床应用潜力。
烟草化合物促癌原因
上海交通大学基础医学院生化与分子细胞生物学系易静研究组考察蛋白质调控异常对烟草致癌促癌的影响，揭示了烟草化合物诱导氧化应激促进肿瘤发生和发展的原因，研究结果发表于《癌基因》。长期以来，吸烟诱发癌变和促进癌症发展，被认为是烟草成分损伤DNA带来的基因突变。其中，头颈部癌与吸烟有明显关联，其关联甚至比肺癌更高。头颈部癌是一类原发于头颈部的恶性肿瘤，主要包括喉癌、口腔癌等，我国的发病率约为9/10000，约占全身恶性肿瘤的8.2%，在发生前往往存在长期的局部慢性炎症。蛋白质修饰的异常在慢性炎症向肿瘤发展的早期过程中起到很大的推进作用，为最初携带受损DNA突变基因的细胞最终变为癌细胞营造了条件。
导致细胞衰老的驱动力
中科院生物物理研究所刘光慧实验室与美国国立卫生研究院国家癌症研究所合作，通过筛选具有逆转人类细胞衰老潜能的基因，发现转录因子NRF2（NF-E2-related factor 2）介导的细胞抗氧化通路的紊乱是导致细胞衰老的驱动力。通过筛选具有激活NRF2通路功能的小分子化合物，发现一种用于治疗脂肪肝的NRF2激动剂奥替普拉（Oltipraz）可以延缓间充质干细胞衰老的进程，并提高其体内活性。该研究成果于发表于《细胞》杂志。儿童早衰症是一种极为罕见的人类早衰类疾病，患者从1岁开始衰老，其平均寿命仅为13岁，多死于动脉粥样硬化并发的心血管疾病。研究结果不仅有助于加深人们对于人类衰老的认识，而且为延缓衰老及防治衰老相关疾病提供了新的靶标和策略。
抗乙肝病毒新基因
解放军军事医学科学院放射与辐射医学研究所周钢桥研究员团队与国内多家科研机构合作，首次发现一种“整合因子复合体”基因INTS10可激活人体先天性免疫功能，发挥抑制乙肝病毒复制的作用。这一研究成果揭示了“整合因子复合体”具有此前从未被发现的抑制病原微生物感染的新作用，为其研究开辟了新的方向。同时，有助于深入了解乙肝病毒慢性感染的分子机制，为有效防治提供了理论依据和新的候选生物靶标。该研究成果发表在《自然-通讯》杂志上。“整合因子复合体”是一种多功能蛋白质复合物，由至少12个成员组成，能够介导核糖核酸的加工，进而在基因组损伤应答、肿瘤的发生发展等方面发挥重要作用。
亨廷顿舞蹈症研究进展
中科院遗传与发育生物学研究所李晓江研究组致力于研究亨廷顿舞蹈症这一神经退行性疾病的致病机理，研究论文发表于《PLoS遗传学》。亨廷顿舞蹈症，又称大舞蹈病，是一种常染色体显性遗传的神经退行性疾病，在欧美人群中，平均每十万人中有5至10人罹患此病。病人的主要症状包括运动，认知功能及情感障碍。研究利用人源亨廷顿突变蛋白氨基端片段取代小鼠内源性亨廷顿蛋白制备了亨廷顿基因敲入小鼠，发现仅靠氨基端片段的亨廷顿蛋白不足以保证小鼠的胚胎发育但可以造成亨廷顿舞蹈症的表型。而缺失氨基端片段的亨廷顿蛋白对神经元的发育分化是必需的。通过去除亨廷顿突变蛋白氨基端可能会有效地治疗该疾病。
食管鳞状细胞癌遗传变异图谱
中山大学肿瘤防治中心贾卫华教授团队与，中山大学、美国NIH等多家机构的科研人员组成的国际合作团队，开展对食管鳞状细胞癌的全基因组研究，绘制出广东食管鳞状细胞遗传变异图谱,相关结果发表于《美国人类遗传学》杂志。广东是食管癌高发大省，人群具有独特的遗传背景及生活习惯。论文报道了一系列新的影响癌症转归和生存的基因突变（如VANGL1）、基因异常表达（如miR-4707-5p）和特征性的染色体结构变异，并进行了深入的体内外实验研究和癌症信号通路研究。该项研究鉴定了广东食管鳞癌的突变谱，为进一步筛选更为有效的靶向治疗药物提供了重要依据。
器件材料
可逆单分子光电子开关器件
北京大学化学与分子工程学院郭雪峰课题组联合美国宾夕法尼亚大学Abraham Nitzan教授课题组、北京大学信息科学技术学院徐洪起教授课题组及其他合作者，利用二芳烯分子为功能中心、石墨烯为电极成功实现了可逆单分子光电子开关器件的构建，该研究成果于发表于《科学》杂志。利用单个分子构建电子器件有希望突破目前半导体器件微小化发展中的瓶颈，其中实现可控的单分子电子开关功能是验证分子能否作为核心组件应用到电子器件中的关键步骤。石墨烯电极和二芳烯分子稳定的碳骨架以及牢固的分子/电极间共价键链接方式使这些单分子开关器件具有空前的开关精度、稳定性和可重现性，在未来高度集成的信息处理器、分子计算机和精准分子诊断技术等方面具有巨大的应用前景。
具有抗原快速释放行为的pH敏感PLGA纳米粒促进免疫应答
中科院过程工程研究所王连艳研究小组在纳米颗粒诱导免疫应答，尤其是诱导细胞免疫应答方面取得进展，成果发表于《ACSNano》。在前期纳微颗粒性质影响免疫学行为研究基础上，构建了具有薄皮大腔结构的pH敏感聚乳酸-羟基乙酸 (PLGA）纳米粒，携载模式抗原OVA和抗原释放伴侣碳酸氢铵。当纳米粒被抗原提呈细胞摄取后，在内体溶酶体的微酸环境下，当氢离子进入纳米粒中，与碳酸氢铵反应生成氨气和二氧化碳，撑破囊壁，快速释放抗原，进一步分布到胞质中，实现抗原的交叉提呈，提升细胞免疫应答。研究结果表明，pH敏感纳米粒显著提升了抗原的交叉提呈水平（是实心颗粒的2倍多），提升了T细胞和B细胞的活化水平，促进了细胞CTL杀伤能力，在清除胞内感染中发挥巨大作用。
新型二维半导体材料
南京理工大学曾海波团队将无机钙钛矿发展成具有可印刷光电器件功能的新型二维半导体，相关成果发表于《先进材料》。相比石墨与二硫化钼，全无机组分钙钛矿具有更高的吸光能力、非常大的载流子扩散长度以及高的稳定性等优异性能。因此，二维无机钙钛矿是柔性及可穿戴光电器件的极佳候选材料。然而，超薄（单层、少层）CsPbBr3二维钙钛矿的大产率、高质量实现仍然非常困难。研究人员采用溶液化学合成方法，制备了高质量、大产率、单层及少层厚度的全无机钙钛矿CsPbBr3超薄纳米片。作为一类新型的二维半导体材料，这种全无机钙钛矿纳米片除了有望应用于高性能柔性光探测领域，在低成本溶液工艺的超薄柔性薄膜晶体管、发光二极管、太阳能电池等光电子领域中具有应用前景。
微流控技术可控制备多腔复合纤维生物材料
中科院大连化物所秦建华研究员带领团队利用微流控技术可控制备多腔复合纤维生物材料，最新研究成果发表于《先进材料》。该研究工作利用流体在微米尺寸下的层流特性，通过自主开发的微流控芯片平台，在聚二甲基硅氧烷芯片内产生多层同轴鞘流，制备了一系列形态、结构及组成各异的微米级管状海藻酸钙纤维材料，并探索了其潜在生物应用。这种新型管状纤维材料可作为多功能载体，纤维内管腔和材料内部均可负载不同功能分子或细胞，不仅可用于生物催化，还可用于细胞共培养，干细胞分化诱导，肌肉、血管、神经组织等体外构建，在材料化学、组织工程以及再生医学等领域具有重要应用前景。
新型防冰表面材料
中科院化学研究所绿色印刷院重点实验室王健君课题组与北京大学科研人员合作，利用聚电解质刷表面具有可置换的抗衡离子的特性，研究了材料表面的离子对过冷水成核变冰的影响，研究结果发表于《科学进展》。研究发现了离子特异性对过冷水成核变冰的作用，即过冷水成核变冰的Hofmeister效应。通过改变聚电解质刷表面抗衡离子的种类和浓度，过冷水成核变冰的温度窗口可达7.8摄氏度。分子动力学模拟分析发现，聚电解质表面的抗衡离子通过控制界面水的动力学行为和静态结构，实现对过冷水成核变冰的调控。该发现对离子参与的过冷水成核变冰行为提供了理论指导，并拓展了低冰黏附防冰表面材料的研究。
百毫秒级高效量子存储器研制成功
中科院化学所王栋研究员使用表面驻极体调控嵌段聚合物的自组装形貌，研究结果发表于《自然-通讯》。嵌段聚合物可以自发组装为尺寸周期低于100nm以下纳米的结构，进而作为制备具有特定纳米结构材料的模板。嵌段共聚物尺寸小且有高产易得的优异特点，基于嵌段聚合物的纳米刻蚀技术被认为是最重要的下一代刻蚀技术之一。为了实现纳米刻蚀技术的应用，需要解决嵌段聚合物满足垂直取向形貌控制和局部图案调控方面的难题。研究人员利用电子束辐射SiO2/Si基底，制备出表面充电的驻极体；利用其产生的局域电场，对嵌段聚合物薄膜组装进行控制，成功实现了PS-b-PMMA薄膜的垂直取向控制。
纳米发电机首次用于自驱动干细胞分化
中国科学技术大学潘建伟和包小辉教授等采用冷原子系综成功研制出百毫秒级高效量子存储器，为远距离量子中继系统的构建奠定了坚实基础，研究成果发表于《自然-光子学》。量子中继可以解决光子信号在光纤内指数衰减的难题，是实现超远距离量子通信的重要途径之一。量子中继的基本原理是采用分段纠缠分发与纠缠交换相结合来拓展通信距离，其核心是量子存储技术。为进一步提升存储时间，研究团队发展了三维光晶格限制原子运动等多项关键实验技术，使得原子运动导致的退相干得到大幅抑制，并最终成功实现了存储寿命达到0.22秒、读出效率达到76%的高性能量子存储器。据估算，该成果结合多模存储、高效通讯波段接口等技术，已原理上可支持通过量子中继实现500公里以上纠缠分发。
高性能银纳米线离子液体凝胶复合柔性透明电极
中科院理化技术研究所仿生智能界面科学实验室通过对银纳米线的选择性化学焊接以及引入稳定的导电离子液体凝胶保护层，设计制备了一种兼具高电导、高透过率以及优异空气稳定性的银纳米线@离子液体凝胶复合柔性透明电极，相关结果发表于《先进材料》。柔性透明电极多用于电子与光电子产业，是制备众多电子与光电子元器件不可缺少的光电功能材料。超亲水的银纳米线网络与疏水的透明基底之间的浸润性差异，使得化学焊接选择性地在银纳米线上进行，从而能够在极大降低银纳米线接触电阻的同时，保持高的可见光透过率。离子液体凝胶薄层的引入赋予了复合透明电极出色的空气稳定性，并且离子液体凝胶薄层具有减反射的作用，有利于获得高可见光透过率。
激光陶瓷平面波导结构研究
中科院上海硅酸盐研究所研究员李江团队研制的YAG/Nd:YAG/YAG陶瓷平面波导，作为激光放大器的增益介质，经验证获得了100 Hz重复频率下327 mJ单脉冲能量的激光输出，研究结果发表于《中国光学快报》。陶瓷平面波导结构是激光陶瓷板条的自然进化，是一种高纵横比的三明治结构，由高折射率的波导层和周围低折射率包层组成，具有对泵浦吸收效率高、纵横比大、比表面积大等特点。平面波导结构激光陶瓷不仅可及时传导激光发射中产生的废热，避免热透镜效应，还能增加增益介质中的光密度，从而实现低阈值、高功率的激光输出。流延成型技术是一种精度高、膜厚度和组分可控性强的陶瓷成型工艺。
多光源紫外反应试验系统
中国科学院生态环境研究中心强志民研究组采用流动式反应器的原理开发出先进的多光源紫外反应试验系统，研究结果发表于《环境科学技术》、《应用催化B》等国际刊物上。紫外消毒和基于紫外的高级氧化作为水处理工程领域的一项绿色技术。新型多光源紫外反应试验系统具有紫外输出稳定、辐射剂量准确、强度输出范围广、操作简便、可进行样品在线分析等显著优点，为开展光化学和光生物反应研究提供了先进的试验平台。特别是，该系统的高强度和超大剂量紫外输出对于探索紫外消毒的一些前沿问题（如光化学第二定律应用于污水、再生水、饮用水紫外消毒中的偏差测定）具有重要的意义。
抗生素抗性基因的分布和扩散图
Nature封面：秘鲁首都利马位于城乡接合部的一个贫穷棚户区，名叫 “Pampas de San Juan de Miraflores”。Nature杂志第7602期封面文章报道了绘制抗生素抗性基因的分布和扩散图是公共卫生方面的一项优先任务。来自拉丁美洲两个低收入社区的细菌群落结构和抗性基因交换网络被定性，这两个社区分别是萨尔瓦多首都圣萨尔瓦多以南35公里的一个由自耕农组成的村庄和秘鲁首都利马西南大约15公里的沙丘地带的一个棚户区。通过对数百个相互联系的人类粪便和环境样本进行功能基因组学研究和全元基因组测序，发现不同生境的“抗性组”的结构一般是由细菌系统发育沿生态梯度决定的，但关键抗性基因能穿过这些边界。他们还对粪便管理方式在防止抗性基因扩散中所起作用进行了评估。
噬菌体T4基板的原子模型
Nature封面：噬菌体T4基板结构在其向宿主细胞上附着前状态的一个手工制作的“低多边形”。Nature杂志第7603期封面文章报道了噬菌体T4基板的原子模型。噬菌体T4用其可收缩的尾巴来将自己的基因组注入一个细菌宿主细胞内。该过程的核心是位于尾巴末端的基板。通过低温电子显微镜生成了T4基板在其向宿主细胞上附着前和附着后构形下的一个原子模型，首次从分子层面上看到了导致在这两个状态之间的转变的事件的发生顺序。“基板-尾管”复合体包含由15种不同蛋白组成的145个多肽链，这些结构显示了基板是怎样将宿主识别与鞘收缩结合在一起的。基板所有核心部分的结构和组织在一系列不同的细菌收缩机构中都是保守的，说明它们的基板采用一个相似的机制来触发鞘收缩。
大小的确很重要
Nature封面：两只狐獴。Nature杂志第7604期封面文章报道了哺乳动物合作种群中个体的竞争生长情况。狐獴是小型群居肉食性动物，在每一群内一个居支配地位的繁殖对(breeding pair)垄断繁殖活动，而它们的后代则由所有群体成员来抚养。争夺繁殖角色的竞争是激烈的，个体在群体中的地位取决于其大小和重量。Elise Huchard等人研究了野生喀拉哈里狐獴的一个天然种群，发现它们在不断估计彼此的大小，以确保年轻个体不会超过它们的大小，因而也不会超过它们的群体地位。一旦一只狐獴成为群体中的老大，它就会猛长一阵，以确保它仍然比其最大的对手更大、更重。作者提出，对竞争风险的类似反应可能也会出现在如家畜和灵长类等其他群居哺乳动物中。
冥王星上的 “史波尼克平原”
Nature封面：NASA“新视野号”飞船所看到的冥王星上的“史波尼克平原”。Nature杂志第7605期封面文章报道了冥王星表面上吸引人的细节情况。包括被称为“史波尼克平原”的一个填满冰的巨大盆地，它在冥王星的地质活动中居中心地位。“史波尼克平原”表面(大部分由氮冰构成)很大部分被分成不规则的、直径几十公里的多边形，其中心比边缘高出几十米。Alexander Trowbridge 等人报告了一个参数化的对流模型，在其中氮冰强烈对流，其厚度有十公里或更大，形成时间约有100万年。William McKinnon等人(来自“新视野号”团队)显示，在几公里厚的一层固态氮中发生的被称为“sluggish lid”的对流翻转(convective overturn)既能解释这些多边形的存在，也能解释它们为什么那么宽。
Science
信息图探索城市星球的崛起
Science封面：笼罩在浓雾中的迪拜，阿拉伯联合酋长国现代化大都市。Science杂志第6288期封面文章报道了采用信息图探索城市星球的崛起。地球正在变成一座城市星球。大约超过世界人口的一半生活在城市中，而且这一比例还在继续增长。预计到2050年，三分之二的地球人口将生活在城市中。交互性地图显示了1950~2030年之间城市化进程。橙色圆圈代表世界上200座超级大都市。圆圈越大，人口越多，城市中心的热岛现象也越来越常见。可持续和高效的发展城市话进程是现阶段需要考虑的重要事情。点击该链接http://scim.ag/1Tb0WdZ，体验都市星球的机遇和挑战。
云的诞生
Science封面：云层环绕的瑞士少女峰斯芬克斯天文台。Science杂志第6289期封面文章报道了自由对流层新粒子的形成，特别是化学和实效性的问题。瑞士阿尔卑斯山中部的少女峰斯芬克斯天文台是获取微滴云微粒的理想位置。在对流层许多颗粒的形成是实时发生的，大气凝结核来源的一半来自大气新粒子生成（New particle formation, NPF），从而影响云的质量和地球能量平衡。与行星边界层不同，在自由对流层极少观察到NPF。新的观测证据显示在高海拔地区，NPF主要通过高氧分子（highly oxygenated molecules, HOMs）的冷凝形成。一系列新的发现将改进大气模型的NPF参数。
纳米阵列“超级镜头”
Science封面：二氧化钛纳米阵列构成的超级镜头。Science杂志第6290期封面文章报道了一款比纸还要薄的透镜系统，它与当前世界上最先进的光学成像系统放大成像效果相当。美国哈佛大学研究团队使用高纵横比的二氧化钛纳米阵列构成“超表面”以控制其中光波相互作用的方式，得到了数值孔径高达0.8的透镜，可在可见光谱范围内高效率工作，实现亚波长分辨率成像。通俗的说就是一个比一张纸还要薄的透镜，可将图像放大170倍，而且图像质量还和当前世界上最先进的光学成像系统相当。这种超小、超轻、超薄、柔性的超级镜头可以应用在很多方向。
红色警报——保护英国红松鼠
Science封面：英国红松鼠。Science杂志第6291期封面文报道了人类保护英国红松鼠所做出的努力。英国红松鼠的种群栖息地受到北美灰松鼠侵入后，由于受到灰松鼠携带致命病毒的影响，红松鼠的数量锐减，生存现状受到严重威胁。这种灰松鼠比红松鼠强壮，它们跟红松鼠争抢食物，在激烈的竞争中，红松鼠总是处于弱势。灰松鼠的繁殖能力也比红松鼠强，所以灰松鼠的数量在急剧上升，结果红松鼠的栖息地进一步被压缩。灰松鼠身上携带有疱疹病毒，这是一种滤过性皮肤病，它们虽然携带着病毒，但不致病，可是红松鼠却对这种病毒十分敏感，一旦传染上就会得病死亡。科学家们正在努力拯救这一可爱的濒危物种。
生物大分子
酵母核糖体组装前体的高分辨冷冻电镜结构
清华大学高宁研究组与合作者揭示了细胞核内的核糖体组装前体结构揭示了装配熟因子的功能多样性，相关结果发表在《自然》杂志上。该研究报道了位于酵母细胞核内的一系列组成上和结构上不同的核糖体60S亚基前体复合物的冷冻电镜结构，确定了近20种装配因子在核糖体上的结合位置及其原子结构。真核核糖体的成熟是一个高度复杂的过程，包括核糖体蛋白装配以及rRNA的剪切加工，需要76 snoRNAs和超过200种装配因子的调控。然而绝大多数真核装配因子的结构以及其行使功能的分子机理完全未知。这些数目众多的装配因子在组装过程的不同时间点发挥作用，介导了核糖体组装的全过程，包括核仁，核质、跨核孔复合物的运输，以及胞质的装配过程。
人源NPC1蛋白结构及其介导胆固醇转运和埃博拉病毒入侵的分子机制
中国疾控中心、中科院微生物所高福院士研究组与清华大学颜宁研究组合作，报道了人源胆固醇转运蛋白NPC1的4.4埃分辨率冷冻电镜结构，并探讨了NPC1和NPC2介导细胞内胆固醇转运的分子机制，研究论文发表于《细胞》。Niemann-Pick疾病是一类因为脂类代谢失常而导致的罕见遗传疾病，目前还没有有效的治疗手段。NPC1功能异常是C型Niemann-Pick疾病的主要因素。人源NPC1是一个全长1278个氨基酸并含有13次跨膜螺旋的膜蛋白，新型的“随机相位3D分类”方法从而将这一并不十分稳定的单体膜蛋白结构解析到4.4埃，有望推广到对于类似生物大分子的结构解析。
抗埃博拉抗体被成功分离
中科院广州生物医药与健康研究院与广州医科大学联合共建的呼吸疾病国家重点实验室陈凌研究员与清华大学张林琦教授等合作，通过单细胞克隆等技术，成功从猕猴体内分离出我国首例抗埃博拉病毒感染的高效单克隆中和抗体，研究论文发表于《科学报告》。埃博拉病毒是迄今为止人类所知的最致命传染性病毒之一，平均病死率高达40%左右。从1976年在刚果民主共和国发现，一直在中部非洲国家和地区小范围爆发和流行。2014年春季开始，埃博拉疫情在西部非洲几内亚、利比里亚和塞拉利昂三国突然大范围爆发，给人民生活、经济发展和社会稳定带来了灾难性的打击，对新形势下的公共健康和安全提出了前所未有的挑战。
新型内质网钙通道
中科院动物研究所唐铁山课题组与美国克利夫兰州立大学周爱民课题组、中国科学院动物研究所陈佺课题组、中科院上海药物研究所李扬课题组等合作，在阐释细胞应对内质网钙离子过载机制方面获得进展，相关成果发表于《细胞》。胞内钙库的钙释放是钙信号触发的一个重要途径。内质网是胞内的重要钙库，所以内质网中的钙离子必须维持一个稳定的水平才能保证钙信号的准确性。内质网中的钙水平过高或过低都会造成钙信号紊乱，进而导致细胞生理功能异常和疾病。内质网上的跨膜蛋白TMCO1可以感知内质网中过高的钙浓度并形成具有钙离子通道活性的四聚体，主动地将内质网中过多的钙离子排出，从而消除内质网钙过载给细胞带来的多种威胁。
光合作用超级复合物
中科院生物物理研究所柳振峰研究组、章新政研究组与常文瑞/李梅研究组合作，通过单颗粒冷冻电镜技术，在3.2埃分辨率下解析了高等植物（菠菜）光系统II-捕光复合物II超级膜蛋白复合体（PSII-LHCII supercomplex）的三维结构，相关结果发表在《自然》杂志上。光合作用为地球上几乎所有生命体提供赖以生存的物质和能量。该项工作首次解析了CP29的全长结构和CP26的结构，并发现了这三个不同外周捕光复合物与核心复合物之间相互装配和识别的机制和位点。在准确指认了外周捕光复合物与核心复合物界面上的三个小亚基的基础上，解释了它们在介导二者之间装配以及稳定超级复合物方面的作用。对于进一步在分子水平理解PSII-LHCII超级复合物中的能量传递时间动力学和光保护机理具有重要意义。
合成镜像生物分子系统实现遗传信息复制与转录
清华大学生命学院朱听课题组与化学系刘磊课题组合作，通过化学合成镜像聚合酶实现了中心法则中DNA的复制与转录这两个关键步骤，研究论文发表于《自然-化学》。地球上已知所有生物都具有手性均一的特征，即构成生命的蛋白质几乎均由L型氨基酸组成，而DNA和RNA均由D型核糖组成；迄今为止还没有证据表明反手性生命系统在进化中曾经出现过。该研究结果表明镜像DNA的复制与转录同样遵循碱基互补配对原则，并具有良好的手性特异性。由该镜像分子系统聚合得到的镜像DNA核酶实现了与天然DNA核酶相同的自剪切功能。该研究有望被用来聚合实用反手性核酸大分子和实现构建镜像生命系统迈。
第二类内含子及其逆转录酶复合体的结构
清华大学生命科学学院教授、清华-北大生命科学联合中心研究员王宏伟研究组及其合作者报道了内源性的第二类内含子RNA蛋白复合物的3.8埃分辨率的冷冻电镜结构，研究论文发表于《自然结构与分子生物学》。第二类内含子RNA大量存在于原核生物中，是真核细胞中剪接体的进化祖先。真核细胞中的绝大多数内含子剪接是通过由少量RNA和许多蛋白质组成的复杂核糖核蛋白复合物剪接体来完成的。而在原核生物第二类内含子的形成过程中，剪接是通过内含子RNA自身结构所产生的核糖酶活性独立介导酯基转移反应从而形成分离的内含子套索和拼接的外显子，因而是相对简单的剪接过程。第二类内含子RNA蛋白质复合体的研究对理解真核生物的剪接体与端粒酶的进化过程与分子机制具有重要意义。
ATM激酶精细三维结构
中国科学技术大学蔡刚课题组与南京农业大学王伟武课题组、中科大刘海燕课题组合作，揭示了毛细血管扩张共济失调症突变蛋白——ATM激酶的精细三维结构，相关成果发表于《自然-通讯》。ATM蛋白负责启动细胞对DNA双链断裂损伤的响应，是调控基因组稳定性的最核心激酶，能直接磷酸化细胞内超过1000个重要底物。该研究解析了分辨率8.7埃的ATM激酶的三维结构，揭示了ATM激酶的各个结构域及其之间的相互作用；尤其是ATM同源二聚体呈现出张开翅膀的蝴蝶构象，二聚体的相互作用界面清晰可辨；激酶活性区域位于蝴蝶的头部，分辨率相对较高，其原子结构模型得到构建，并显示出底物结合的位点。
农林植生
荒漠植物适应干旱的水分收集和运输新模式
中科院新疆生态与地理研究所张元明团队与美国科学家合作，以齿肋赤藓为研究材料，阐明了荒漠植物叶片特殊结构在植物体适应干旱环境中的重要作用，揭示了荒漠植物高效利用干燥空气水分维持生命的机制，提出了荒漠植物“由上至下”吸收水分的新模式，相关结果发表于《自然-植物》杂志。荒漠植物大多拥有高度进化的水分吸收和运输系统，传统理论认为它们能通过发达的根系最大限度地从沙土中吸收水分，向上传输到茎、叶，同时借助特殊的叶片结构减少水分的损失。齿肋赤藓的假根系统并不具有水分吸收的作用，齿肋赤藓密集的叶片芒尖能够有效地吸收雨滴打击的能量，从而最大程度地减少雨滴的飞溅和水分的损失，有利于水分的保持和吸收。
喀斯特流域生态系统或受到更强的气候胁迫
中科院亚热带农业生态研究所徐宪立研究组采用基于Budyko水热平衡框架的气候弹性分析方法，开展气候变化条件下喀斯特流域生态水文响应研究，研究论文发表于《水文学杂志》。喀斯特流域蒸散发对降水变化的敏感性较大，而对潜在蒸散发变化的敏感性较小，反映了喀斯特流域蓄水能力差、水分下渗快的水文条件下，水分供给而非能量需求是喀斯特流域生态系统蒸散发的限制因子。近50年的气候变化引起了喀斯特流域蒸散发更大程度的降低，而相关研究表明蒸散发与植被生产力具有很好的正相关，这在一定程度上说明喀斯特流域生态系统可能受到更大的气候胁迫。变化环境下喀斯特流域生态系统的响应与适应的研究需要进一步加强。
叶绿体分子伴侣素不同亚基顶端区的功能分化分工
中科院遗传与发育生物学研究所刘翠敏研究组，过对衣藻不同类型的Cpn60顶端区进行筛选和比较发现：该区不仅显著影响分子伴侣素的ATP酶活，而且α型顶端区对RbcL的结合能力是β型的三倍，但却只有β型顶端区能够与辅伴侣进行有效互作。研究论文发表于《分子植物》。植物光合作用固碳关键酶Rubisco的折叠组装依赖于叶绿体分子伴侣素Cpn60，Cpn60如何实现不同底物间的结合-折叠平衡是个由来已久的科学问题。研究成果凸显CPN60 α顶端区所具有的独特优势，对分子层面认识并优化叶绿体蛋白内稳态，进而改良光合作用效率具有重要的参考价值。
生境过滤影响同种和系统发育负密度制约的可检测性
中科院西双版纳热带植物园研究员曹敏、林露湘等，应用广义线性混合模型分析幼苗存活与邻体密度变量和生境变量的关系，相关成果发表于《生态学》。同种负密度制约被认为是一种驱动热带森林群落树种共存的关键机制。最优模型表明同种负密度制约和生境过滤同时影响幼苗存活，与研究人员预期相反的是，系统发育正密度制约对幼苗存活存在显著的效应。生境过滤没有对邻体的系统发育正效应起到解释作用，但是生境过滤会降低可检测到的同种负密度制约的强度。该研究结果表明忽略生境因子和系统发育关系会影响同种和异种邻体对幼苗存活重要性的判断。
青藏高原冻土碳库评估
中科院植物研究所杨元合研究组以青藏高原多年冻土区为研究对象，发展了基于地面观测、卫星遥感、气候要素和土壤信息等多源数据与支持向量机相结合的碳库估算方法体系，系统评估了青藏高原3米深度冻土碳库的大小及其分布特征，相关结果发表在《全球变化生物学》杂志上。冻土是指零摄氏度以下并含有冰的各种岩土和土壤，主要分布在北半球的寒冷地区。过去几十年，持续的气候变暖使全球冻土分布区出现了以冻土活动层厚度增加、热融喀斯特加剧等为标志的融化现象。显著的冻土融化很可能会导致冻土中长期封存的大量有机碳被分解释放，形成对气候变暖的强烈正反馈。该研究结果表明青藏高原多年冻土区是一个重要的碳库。
挑剔的雌性主导性别异时进化
中科院古脊椎动物与古人类研究所王世骐研究员发现在生物进化过程中，除了自然选择以外，性选择也起到了非常重要的作用，该研究成果发表于《古脊椎动物学报》。生物进化理论从另一个方面阐释了雌性所拥有的主导权。通过对甘肃临夏盆地中中新统曾家地点的葛氏铲齿象居群的研究发现，雄性比雌性具有更隆起的脑颅部和更加退缩的鼻骨。隆起的脑颅和退缩的鼻骨都是接近于现生象的进步特征，隆起的颅骨使颞部肌肉收缩力增强，更有利于碾磨草，而鼻骨越短鼻子就越长。这种现象不仅在铲齿象中，在欧洲中中新世的嵌齿象中也有发现。从某种意义上说，在中新世时期，长鼻类雄性的进化似乎比雌性要领先一步。
草本被子植物占优势的植被形成时间
中科院植物研究所陈之端研究组及其合作者利用古老的草本被子植物——毛茛科作为代表研究了以草本被子植物占优势的植被的进化，研究论文发表于《科学报告》。以早白垩世被子植物大爆发为标志的“陆地革命”和白垩纪末恐龙为代表的生物大灭绝是白垩纪的两个重大事件，它们对陆地生态系统的重新构建和现代化产生了深远的影响。以草本被子植物占优势的林下草本层与以被子植物占优势的森林的兴起是同步的，共同对白垩纪“陆地革命”做出了贡献，而开放生境中以草本被子植物占优势的植被则稍晚于森林的形成，或者在森林形成末期才兴起。同时，根据毛茛科植物多样化速率在白垩纪-古近纪交界没有发生明显变化，认为以草本被子植物占优势的植被受白垩纪末大灭绝事件影响较小。
森林土壤有机碳激发效应
中科院沈阳应用生态研究所人工林生态组王清奎研究员等开展了土壤含水量变化对亚热带人工林土壤有机碳分解激发效应影响的研究，研究论文发表于《生态系统》。根据IPCC报告，强降水、长期干旱等极端气候事件发生频率将持续增加，将会引起土壤干湿交替、土壤水分经常性发生变化。这一变化将会对土壤碳输入等地下生态过程产生深刻影响。正激发效应促进土壤有机碳的分解，能降低土壤碳储量，而负激发效应则有利于生态系统土壤碳固持。该研究提升了科研人员对全球变化背景下陆地生态系统土壤碳循环的认知，也为全球变化背景下如何管理人工林、增加其碳汇功能提供科学支撑。
附生苔藓植物对林下荫湿生境的适应机制
中科院西双版纳热带植物园恢复生态研究组刘文耀研究员等，以哀牢山山地云雾林中三种优势附生苔藓树平藓、刀叶树平藓、阿萨羽苔为对象，研究其功能性状和光合特性之间的关系，以期从功能性状的角度揭示附生苔藓植物对林下荫湿生境的适应机制。相关成果发表于《苔藓学期刊》。三种附生苔藓具有典型的耐荫植物的光合特征和极低的光合效率系数，强光下呈现出光抑制现象，其光合特征与林下荫湿的生境相协调。附生苔藓的诸多性状有利于提高附生苔藓在低光照生境下的量子捕获效率。因此，苔藓植物对林内荫湿生境的适应是其功能性状之间权衡与优化的结果。通过功能性状间的权衡，在林内荫蔽生境下附生苔藓对资源的高截留的生存策略得以适应和生存。
疾病研究
全球人感染禽流感H5N1流行病学特征
中国疾控中心余宏杰课题组通过系统收集长达18年的全球人感染H5N1禽流感个案数据，首次呈现了1997年至2015年全球人感染H5N1禽流感的流行病学特征，阐明了自2014年11月以来埃及上升疫情的流行病学特征及相关危险因素变化，相关成果发表于《柳叶刀-传染病》。研究发现，人禽流感H5N1疫情主要发生在东亚、东南亚和北非国家，并在2003年至2008年逐渐从东亚扩散到东南亚、西亚和非洲。全球人禽流感H5N1总病死率为53.5%，但各地区有所差异。从全球范围看，67.2%的病例发生在12月至次年3月，而且2015年报告了最多的病例。病例的年龄中位数为19岁，同时80%的病例在35岁以下，但埃及死亡病例的年龄中位数高于东亚和东南亚死亡病例。该研究为下一步疫苗和抗病毒药物研发、疫情驱动因素的研究和防控提供了科学证据。
精神分裂症研究进展
中科院遗传与发育生物学研究所许执恒研究组与约翰-霍普金斯大学医学院明国丽研究组合作，通过基因敲除小鼠模拟了精神分裂症病人的症状，确定了CRMP2基因与精神分裂症的相关性，证实成年突触和神经环路形成异常，可能是导致cKO小鼠表现出精神分裂症样行为的基本原因，研究论文发表于《自然-通讯》。精神分裂症是一种以幻觉、幻想、情感失调和认知功能障碍为主要特征的精神疾病，是由遗传因素和环境因素共同作用，导致大脑发育异常引发的，具有较高的遗传性，影响全球约1%的人口。CRMP2是一种多功能蛋白，参与细胞骨架的动态调控和囊泡运输调控。该研究为今后精神分裂症的病理机制研究和临床药物筛选提供了有价值的动物模型。
Angelman综合症和自闭症的发病机制的理解
中科院遗传与发育生物学研究所张永清研究组与上海神经所熊志奇组的合作，发现Ube3a对Tkv负调控作用在哺乳动物中保守，为理解Angelman综合症以及自闭症的发病机理以及治疗药物的筛选提供了新的思路和靶点，研究论文发表于《PLoS遗传学》。Angelman综合征是一种神经发育疾病，其主要临床表现是严重的智力障碍、发育迟缓、共济失调、癫痫、语言缺失、自闭并伴随不合适大笑等异常行为，所以该疾病又称“快乐木偶症”，是由E3泛素连接酶UBE3A的突变或缺失导致的。深入研究 UBE3A在神经系统的功能对于理解Angelman综合症和自闭症的发病机制具有重要的理论意义，也具有潜在的临床应用潜力。
烟草化合物促癌原因
上海交通大学基础医学院生化与分子细胞生物学系易静研究组考察蛋白质调控异常对烟草致癌促癌的影响，揭示了烟草化合物诱导氧化应激促进肿瘤发生和发展的原因，研究结果发表于《癌基因》。长期以来，吸烟诱发癌变和促进癌症发展，被认为是烟草成分损伤DNA带来的基因突变。其中，头颈部癌与吸烟有明显关联，其关联甚至比肺癌更高。头颈部癌是一类原发于头颈部的恶性肿瘤，主要包括喉癌、口腔癌等，我国的发病率约为9/10000，约占全身恶性肿瘤的8.2%，在发生前往往存在长期的局部慢性炎症。蛋白质修饰的异常在慢性炎症向肿瘤发展的早期过程中起到很大的推进作用，为最初携带受损DNA突变基因的细胞最终变为癌细胞营造了条件。
导致细胞衰老的驱动力
中科院生物物理研究所刘光慧实验室与美国国立卫生研究院国家癌症研究所合作，通过筛选具有逆转人类细胞衰老潜能的基因，发现转录因子NRF2（NF-E2-related factor 2）介导的细胞抗氧化通路的紊乱是导致细胞衰老的驱动力。通过筛选具有激活NRF2通路功能的小分子化合物，发现一种用于治疗脂肪肝的NRF2激动剂奥替普拉（Oltipraz）可以延缓间充质干细胞衰老的进程，并提高其体内活性。该研究成果于发表于《细胞》杂志。儿童早衰症是一种极为罕见的人类早衰类疾病，患者从1岁开始衰老，其平均寿命仅为13岁，多死于动脉粥样硬化并发的心血管疾病。研究结果不仅有助于加深人们对于人类衰老的认识，而且为延缓衰老及防治衰老相关疾病提供了新的靶标和策略。
抗乙肝病毒新基因
解放军军事医学科学院放射与辐射医学研究所周钢桥研究员团队与国内多家科研机构合作，首次发现一种“整合因子复合体”基因INTS10可激活人体先天性免疫功能，发挥抑制乙肝病毒复制的作用。这一研究成果揭示了“整合因子复合体”具有此前从未被发现的抑制病原微生物感染的新作用，为其研究开辟了新的方向。同时，有助于深入了解乙肝病毒慢性感染的分子机制，为有效防治提供了理论依据和新的候选生物靶标。该研究成果发表在《自然-通讯》杂志上。“整合因子复合体”是一种多功能蛋白质复合物，由至少12个成员组成，能够介导核糖核酸的加工，进而在基因组损伤应答、肿瘤的发生发展等方面发挥重要作用。
亨廷顿舞蹈症研究进展
中科院遗传与发育生物学研究所李晓江研究组致力于研究亨廷顿舞蹈症这一神经退行性疾病的致病机理，研究论文发表于《PLoS遗传学》。亨廷顿舞蹈症，又称大舞蹈病，是一种常染色体显性遗传的神经退行性疾病，在欧美人群中，平均每十万人中有5至10人罹患此病。病人的主要症状包括运动，认知功能及情感障碍。研究利用人源亨廷顿突变蛋白氨基端片段取代小鼠内源性亨廷顿蛋白制备了亨廷顿基因敲入小鼠，发现仅靠氨基端片段的亨廷顿蛋白不足以保证小鼠的胚胎发育但可以造成亨廷顿舞蹈症的表型。而缺失氨基端片段的亨廷顿蛋白对神经元的发育分化是必需的。通过去除亨廷顿突变蛋白氨基端可能会有效地治疗该疾病。
食管鳞状细胞癌遗传变异图谱
中山大学肿瘤防治中心贾卫华教授团队与，中山大学、美国NIH等多家机构的科研人员组成的国际合作团队，开展对食管鳞状细胞癌的全基因组研究，绘制出广东食管鳞状细胞遗传变异图谱,相关结果发表于《美国人类遗传学》杂志。广东是食管癌高发大省，人群具有独特的遗传背景及生活习惯。论文报道了一系列新的影响癌症转归和生存的基因突变（如VANGL1）、基因异常表达（如miR-4707-5p）和特征性的染色体结构变异，并进行了深入的体内外实验研究和癌症信号通路研究。该项研究鉴定了广东食管鳞癌的突变谱，为进一步筛选更为有效的靶向治疗药物提供了重要依据。
器件材料
可逆单分子光电子开关器件
北京大学化学与分子工程学院郭雪峰课题组联合美国宾夕法尼亚大学Abraham Nitzan教授课题组、北京大学信息科学技术学院徐洪起教授课题组及其他合作者，利用二芳烯分子为功能中心、石墨烯为电极成功实现了可逆单分子光电子开关器件的构建，该研究成果于发表于《科学》杂志。利用单个分子构建电子器件有希望突破目前半导体器件微小化发展中的瓶颈，其中实现可控的单分子电子开关功能是验证分子能否作为核心组件应用到电子器件中的关键步骤。石墨烯电极和二芳烯分子稳定的碳骨架以及牢固的分子/电极间共价键链接方式使这些单分子开关器件具有空前的开关精度、稳定性和可重现性，在未来高度集成的信息处理器、分子计算机和精准分子诊断技术等方面具有巨大的应用前景。
具有抗原快速释放行为的pH敏感PLGA纳米粒促进免疫应答
中科院过程工程研究所王连艳研究小组在纳米颗粒诱导免疫应答，尤其是诱导细胞免疫应答方面取得进展，成果发表于《ACSNano》。在前期纳微颗粒性质影响免疫学行为研究基础上，构建了具有薄皮大腔结构的pH敏感聚乳酸-羟基乙酸 (PLGA）纳米粒，携载模式抗原OVA和抗原释放伴侣碳酸氢铵。当纳米粒被抗原提呈细胞摄取后，在内体溶酶体的微酸环境下，当氢离子进入纳米粒中，与碳酸氢铵反应生成氨气和二氧化碳，撑破囊壁，快速释放抗原，进一步分布到胞质中，实现抗原的交叉提呈，提升细胞免疫应答。研究结果表明，pH敏感纳米粒显著提升了抗原的交叉提呈水平（是实心颗粒的2倍多），提升了T细胞和B细胞的活化水平，促进了细胞CTL杀伤能力，在清除胞内感染中发挥巨大作用。
新型二维半导体材料
南京理工大学曾海波团队将无机钙钛矿发展成具有可印刷光电器件功能的新型二维半导体，相关成果发表于《先进材料》。相比石墨与二硫化钼，全无机组分钙钛矿具有更高的吸光能力、非常大的载流子扩散长度以及高的稳定性等优异性能。因此，二维无机钙钛矿是柔性及可穿戴光电器件的极佳候选材料。然而，超薄（单层、少层）CsPbBr3二维钙钛矿的大产率、高质量实现仍然非常困难。研究人员采用溶液化学合成方法，制备了高质量、大产率、单层及少层厚度的全无机钙钛矿CsPbBr3超薄纳米片。作为一类新型的二维半导体材料，这种全无机钙钛矿纳米片除了有望应用于高性能柔性光探测领域，在低成本溶液工艺的超薄柔性薄膜晶体管、发光二极管、太阳能电池等光电子领域中具有应用前景。
微流控技术可控制备多腔复合纤维生物材料
中科院大连化物所秦建华研究员带领团队利用微流控技术可控制备多腔复合纤维生物材料，最新研究成果发表于《先进材料》。该研究工作利用流体在微米尺寸下的层流特性，通过自主开发的微流控芯片平台，在聚二甲基硅氧烷芯片内产生多层同轴鞘流，制备了一系列形态、结构及组成各异的微米级管状海藻酸钙纤维材料，并探索了其潜在生物应用。这种新型管状纤维材料可作为多功能载体，纤维内管腔和材料内部均可负载不同功能分子或细胞，不仅可用于生物催化，还可用于细胞共培养，干细胞分化诱导，肌肉、血管、神经组织等体外构建，在材料化学、组织工程以及再生医学等领域具有重要应用前景。
新型防冰表面材料
中科院化学研究所绿色印刷院重点实验室王健君课题组与北京大学科研人员合作，利用聚电解质刷表面具有可置换的抗衡离子的特性，研究了材料表面的离子对过冷水成核变冰的影响，研究结果发表于《科学进展》。研究发现了离子特异性对过冷水成核变冰的作用，即过冷水成核变冰的Hofmeister效应。通过改变聚电解质刷表面抗衡离子的种类和浓度，过冷水成核变冰的温度窗口可达7.8摄氏度。分子动力学模拟分析发现，聚电解质表面的抗衡离子通过控制界面水的动力学行为和静态结构，实现对过冷水成核变冰的调控。该发现对离子参与的过冷水成核变冰行为提供了理论指导，并拓展了低冰黏附防冰表面材料的研究。
百毫秒级高效量子存储器研制成功
中科院化学所王栋研究员使用表面驻极体调控嵌段聚合物的自组装形貌，研究结果发表于《自然-通讯》。嵌段聚合物可以自发组装为尺寸周期低于100nm以下纳米的结构，进而作为制备具有特定纳米结构材料的模板。嵌段共聚物尺寸小且有高产易得的优异特点，基于嵌段聚合物的纳米刻蚀技术被认为是最重要的下一代刻蚀技术之一。为了实现纳米刻蚀技术的应用，需要解决嵌段聚合物满足垂直取向形貌控制和局部图案调控方面的难题。研究人员利用电子束辐射SiO2/Si基底，制备出表面充电的驻极体；利用其产生的局域电场，对嵌段聚合物薄膜组装进行控制，成功实现了PS-b-PMMA薄膜的垂直取向控制。
纳米发电机首次用于自驱动干细胞分化
中国科学技术大学潘建伟和包小辉教授等采用冷原子系综成功研制出百毫秒级高效量子存储器，为远距离量子中继系统的构建奠定了坚实基础，研究成果发表于《自然-光子学》。量子中继可以解决光子信号在光纤内指数衰减的难题，是实现超远距离量子通信的重要途径之一。量子中继的基本原理是采用分段纠缠分发与纠缠交换相结合来拓展通信距离，其核心是量子存储技术。为进一步提升存储时间，研究团队发展了三维光晶格限制原子运动等多项关键实验技术，使得原子运动导致的退相干得到大幅抑制，并最终成功实现了存储寿命达到0.22秒、读出效率达到76%的高性能量子存储器。据估算，该成果结合多模存储、高效通讯波段接口等技术，已原理上可支持通过量子中继实现500公里以上纠缠分发。
高性能银纳米线离子液体凝胶复合柔性透明电极
中科院理化技术研究所仿生智能界面科学实验室通过对银纳米线的选择性化学焊接以及引入稳定的导电离子液体凝胶保护层，设计制备了一种兼具高电导、高透过率以及优异空气稳定性的银纳米线@离子液体凝胶复合柔性透明电极，相关结果发表于《先进材料》。柔性透明电极多用于电子与光电子产业，是制备众多电子与光电子元器件不可缺少的光电功能材料。超亲水的银纳米线网络与疏水的透明基底之间的浸润性差异，使得化学焊接选择性地在银纳米线上进行，从而能够在极大降低银纳米线接触电阻的同时，保持高的可见光透过率。离子液体凝胶薄层的引入赋予了复合透明电极出色的空气稳定性，并且离子液体凝胶薄层具有减反射的作用，有利于获得高可见光透过率。
激光陶瓷平面波导结构研究
中科院上海硅酸盐研究所研究员李江团队研制的YAG/Nd:YAG/YAG陶瓷平面波导，作为激光放大器的增益介质，经验证获得了100 Hz重复频率下327 mJ单脉冲能量的激光输出，研究结果发表于《中国光学快报》。陶瓷平面波导结构是激光陶瓷板条的自然进化，是一种高纵横比的三明治结构，由高折射率的波导层和周围低折射率包层组成，具有对泵浦吸收效率高、纵横比大、比表面积大等特点。平面波导结构激光陶瓷不仅可及时传导激光发射中产生的废热，避免热透镜效应，还能增加增益介质中的光密度，从而实现低阈值、高功率的激光输出。流延成型技术是一种精度高、膜厚度和组分可控性强的陶瓷成型工艺。
多光源紫外反应试验系统
中国科学院生态环境研究中心强志民研究组采用流动式反应器的原理开发出先进的多光源紫外反应试验系统，研究结果发表于《环境科学技术》、《应用催化B》等国际刊物上。紫外消毒和基于紫外的高级氧化作为水处理工程领域的一项绿色技术。新型多光源紫外反应试验系统具有紫外输出稳定、辐射剂量准确、强度输出范围广、操作简便、可进行样品在线分析等显著优点，为开展光化学和光生物反应研究提供了先进的试验平台。特别是，该系统的高强度和超大剂量紫外输出对于探索紫外消毒的一些前沿问题（如光化学第二定律应用于污水、再生水、饮用水紫外消毒中的偏差测定）具有重要的意义。
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