亚马逊雨林气候变化

 

Nature封面：2016年4月6日于国际空间站拍下的亚马逊河鸟瞰图。Nature杂志第7636期封面文章探究亚马逊雨林气的候变率。人们之前并都不清楚亚马逊雨林在末次冰盛期（LGM）是变得更加湿润还是更加干燥。王先锋及同事收集了亚马逊雨林东部天堂洞（Paraiso Cave）中方解石石笋沉积物过去45000年的氧同位素数据，数据表明，在距今约21000年的末次冰盛期，降雨量大约是今天的一半，但在全新世中期（6000年前）的降水量比现今多50%，与全球温度和二氧化碳的变动大体一致。虽然冰期气候更为干燥，但亚马逊雨林仍然保存了下来。然而，雨林在未来能否继续存在仍是个未知数。

 

纳米比亚“精灵圈”之谜

 

Nature封面：热气球上拍摄到的纳米比亚纳米布兰自然保护区鸟瞰照片。Nature杂志第7637期封面文章报道了纳米比亚“精灵圈”（fairy circle）之谜。纳米比亚一些地区的沙漠草原上规律分布着内部寸草不生的怪圈，它们被称为“精灵圈”，其形成原因至今仍未可知。Corina Tarnita, Juan Bonachela及同事使用模型模拟方法表明，植物间的尺度依赖反馈与地下社会性昆虫群落种内竞争的共同作用能为此提供解释。他们总结，在全球各地的生态系统中，或许有多种多样的生态自组织机制在发挥作用。

 

纠正群体智慧之偏

 

Nature封面：纽约现代艺术博物馆收藏的杰克逊·波洛克的画作《One: Number 31, 1950》。Nature杂志第7638期封面文章报道：“群体的智慧”一直被广泛当作一种民主的确定真相的方法，这在一定程度上是由人们热衷在线投票程序推动。然而，群体并不总是正确，有可能还不甚明智，一部分原因在于掌握专业知识的人有限。科学家们设计了一种将“民主”算法和“精英”选择结合在一起的策略：前者让任何人不分资格都可以表达意见，后者则是与真理相关联的少数专家的判断。这种策略选择的是支持者多于预期的答案，而不是单纯根据“最多人支持”或“最有信心的”答案做出选择。

 

人工智能分类皮肤癌

 

Nature封面：运用人工智能简化和扩展皮肤癌的诊断展示。Nature杂志第7639期封面文章报告了如何利用人工智能分类皮肤癌。Andre Esteva及同事使用了129450张皮肤疾病的临床图像，训练深度卷积神经网络分类皮肤病变。他们开发出了一种能使用清晰度与手机拍摄相当的照片分类皮肤病变的算法。这一检测恶性黑色素瘤和皮肤癌的表现与皮肤科医生相仿。作者还提出，这一技术可作为皮肤癌的一种外观筛查，在医院环境外应用。

 

酶催化的热适应进化驱动

 

Science封面：古老的喜热酶。Science杂志第6322期封面文章报道了酶催化的热适应进化驱动进展。早期生命被认为是生活在高温的环境中，因此在进化过程中酶需要适应逐渐变冷的地球环境并保持催化能力。研究人员采用测序重构技术，追踪了腺苷酸激酶在30亿年中的进化过程，发现它通过具有热适应性的过渡态完成热适应，揭示了主动压力和被动漂流对酶催化的热适应驱动作用。古老的喜热酶为了适应逐渐变冷的地球环境不得不更换部件，来保持化学反应的进行。通过重建类似数百亿年前的酶，该研究将有助于揭示这个星球上生命的自然进化史。

 

更好吃的番茄

 

Science封面：基因组学出手助番茄复“味”。Science杂志第6323期封面文章报道了中美科学家关于番茄风味改良的化学和遗传学路线图研究成果。番茄既是一种非常受消费者欢迎的蔬菜，科学家研究了“风味”这个能感觉到却看不见摸不着的性状，解读了番茄基因组9亿个碱基对、1200万个变异的大数据。挥发类物质不仅本身能通过嗅觉直接影响番茄的风味，而且能够通过增强食用过程中的味觉提高果实的风味。通过分子设计育种提高这些挥发性物质的含量，不仅可以避免提高含糖量导致的产量损失，而且能够开发出更适合糖尿病人群的优质风味番茄。

 

预测和限制

 

Science封面：被复杂网络环绕的水晶球，这些网络是预测算法结果应用的可视化呈现。Science杂志第6324期封面文章介绍了各个层级的决策者都希望了解当前的决策对于未来的影响；那么，将机器学习、大数据及人类认知结合起来是否能够进行这一预测是本期封面文章内容。社会学家以及机器学习群体需要新的分析工具从噪声中区分有价值东西。新的工具是极好的，但是对软件包的使用却不了解它们，往往会导致灾难的后果。机器学习要加入人的因素进行平衡，使得人类的理解力渗透到海量的数据中去。

 

证据之路

 

Science封面：将数据引入政策，听起来容易做起来难。Science杂志第6325期封面文章报道了即使在后真实（postfactual）世界，大部分研究着和官员认为科学激励的最好证据就是影响政策制定，但是意识形态，宗教观念和经济状况往往会使得通向政策的证据变得复杂起来。通往政策制定的证据之路不是笔直的。例如，大气中二氧化碳排放增加，如果不加控制的话，大气温度会被提高两度；但是这些数字并不能告诉政策制定者减少全球变暖的最佳手段的是设立碳税，建立排放交易系统，化石燃料使用限制等等。

 

水稻广谱与持久抗稻瘟病研究

 

中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所何祖华研究组与合作者成功克隆了持久广谱抗稻瘟病基因Pigm，并揭示了水稻广谱抗病与产量平衡的表观调控新机制，研究论文发表于《科学》。稻瘟病是由真菌Magnaporthe oryzae引起的，是水稻最重要病害之一，分布在全国乃至世界各稻区，可引起水稻大幅度减产，严重时减产40%～50%，甚至颗粒无收，因此我国水稻新品种审定从2008年开始实行稻瘟病抗性的“一票否决”制。控制这个病害最经济有效的方法是发掘和利用新的广谱持久抗病资源进行选育广谱抗病新品种。利用Pigm改良选育的品种既有广谱持久抗病性又不影响最终的产量，该基因已经被国内30多家种子公司和育种单位应用于水稻抗病分子育种，已经有新品种参加区试和品种审定。

 

RNA沉默通路参与水稻抗病毒防御

 

北京大学蛋白质与植物基因研究国家重点实验室李毅课题组与中科院遗传发育所曹晓风院士课题组合作，发现了一个单子叶植物特有、且能够被病毒侵染所抑制的水稻负调控抗病因子miR528，揭示了该miRNA及其调控的靶基因在水稻与病毒相互作用过程中的抗病机制，并进一步发现该机制具有广谱抗病毒功能；相关论文发表于《自然-植物》。水稻作为重要的粮食作物长期以来受到多种病毒病的侵害，在实际中缺乏有效的控制方法。该研究成果进一步证明水稻AGO蛋白在水稻抗病毒防御中的重要作用，并且揭示了植物抗病毒防御网络的复杂与多样性，有利于理解宿主通过RNA沉默抗病毒机理。

 

OsSGL基因协同正向调控水稻耐旱性机制

 

中科院亚热带农业生态研究所夏新界团队发现OsSGL基因的过量表达引起了水稻多个逆境响应基因表达量及表达模式的明显改变；将该基因在双子叶模式植物拟南芥中异源过量表达，也能增强拟南芥植株的耐旱性，相关论文发表于《植物科学前沿》。水稻是世界上最重要的粮食作物，而由于降水模式的年际变化和水稻生长季节降水量分布不均等原因，在几种主要非生物逆境中，干旱胁迫仍是水稻粮食生产和粮食安全最严重的制约因素。据估计，水稻生产耗费了中国总用水量的大约一半，每年由于干旱造成的国民经济损失高达250亿美元。1995-2005年我国因旱灾造成的粮食减产损失约为每年1500万吨至2500万吨，约为我国全国粮食总产量的4%至8%，占因灾总损失的55%。

 

叶绿体核糖体RNA加工分子机制

 

中科院植物所卢从明研究组发现SOT1的PPR结构域能够特异识别叶绿体23S-4.5S核糖体RNA前体5′末端一段含有13个核苷酸的序列，并通过其SMR结构域剪切了该识别序列的下游序列，从而参与了拟南芥叶绿体23S-4.5S核糖体RNA前体的成熟；相关论文发表于《美国科学院院刊》。RNA操作是目前研究的热点之一。要实现精确的RNA操作，需要特异地识别靶向目标RNA分子并对其进行剪切。但到目前为止，这类序列特异的RNA内切酶在自然界中还没有被发现。因此，寻找一类序列特异的RNA内切酶显得尤为重要。研究结果证明SOT1具有序列特异的RNA内切酶活性，且能够被人工改造用来识别并剪切预期的RNA底物，可以作为一种RNA操作工具。

 

RPA在DNA复制偶联的核小体组装过程中的作用

 

北京大学蛋白质与植物基因研究国家重点实验室研究员李晴研究组发现单链DNA结合蛋白RPA通过结合组蛋白H3-H4，形成一个高效的平台递呈组蛋白到新合成子链起始核小体组装，研究论文发表于《科学》杂志。染色质的基本结构单位是核小体，主要由一段147bp DNA缠绕一个组蛋白八聚体核心约两圈组成，该八聚体核心包括一个组蛋白H3-H4四聚体和两个组蛋白H2A-H2B二聚体。核小体在辅助因子的作用下一层层折叠，组装形成高度有序的染色质结构，这一结构不仅能有效的压缩和保护DNA，而且蕴藏丰富的表观遗传信息，在时间和空间上精细调节基因组的转录和复制，确保生命个体的正常发育。

 

森林凋落物输入调控对土壤呼吸及其同位素的影响

 

中科院武汉植物园土壤生态学程晓莉研究组，在湖北省丹江口库区20年生柏树人工林中开展了凋落物输入调控对土壤呼吸及其同位素的影响研究，发现短期的凋落物输入调控对土壤呼吸产生了显著的影响，相关论文发表于《应用土壤生态学》。全球变化，比如大气二氧化碳浓度上升、气温升高、氮沉降加剧等将会引起生态系统生产力改变输入到土壤中凋落物的数量和质量，进而对土壤呼吸产生影响。土壤呼吸易受到凋落物减少的影响，而对添加凋落物的响应比较迟缓。凋落物输入调控主要通过改变底物质量和微生物群落结构来影响土壤呼吸，通过改变土壤呼吸组分和土壤微气候来影响土壤呼吸同位素。

 

植物染色体分离和取向研究

 

中科院遗传与发育生物学研究所韩方普研究组以玉米减数分裂突变体及玉米特殊的小染色体为载体研究组蛋白H2AT133位点的磷酸化以及相关激酶，揭示这些复合物在染色体单体取向和染色体分离中的作用，研究论文发表于《新植物学家》。染色体正确分离和精确的取向是保证生物体的发育、基因组的稳定及配子正确形成的前提。植物细胞有丝分裂在中期染色体形成双取向，减数分裂I同源染色体配对形成二价体染色体的取向是单取向，减数分裂II中期染色体形成类似有丝分裂的染色体取向。在植物染色体取向和分离过程中，具有非常复杂的动态变化及调节机制。

 

植物中一个全新的印记基因——女娲

 

北京大学蛋白质与植物基因研究国家重点实验室瞿礼嘉课题组发现并鉴定了的一个新的植物印迹基因——NUWA（女娲），该基因对植物早期发育的亲本效应兼具印记与非印记两种类型，相关研究日前在线发表于《科学公共图书馆-遗传》。植物的印记基因参与早期亚细胞过程，揭示了线粒体的母本控制的一个独特机制。NUWA是一个拟南芥的必需基因，其功能的缺失导致雌配子体传递率下降。其次，NUWA是母本表达的印记基因。在父本承袭的非常少量的线粒体在胚囊中被全部降解，NUWA的父本等位基因没有表达。在线粒体中起重要功能的由核编码的NUWA基因，其母本等位基因的特异性表达模式与线粒体的母系遗传实现了完美协调。

 

赞美的吸引力

 

电子科大教授、国家“千人计划”入选者Keith Kendrick研究组通过一项有116名女性被试参加的研究，调查语言的使用是否可能影响择偶。发现使用比喻性赞美的男性可能被认为比使用直白赞美的男性更具吸引力；研究论文发表于《科学报告》。被试者轮流给70张统一的男性面孔的吸引力打分，屏幕上会随机给其中60张面孔并附加一句赞美的话，另外10张面孔则没有。接着向被试者展示了与之前相同的70张面孔，随机混入另外70张对照面孔，对照组都没有赞美之词。被试者再次给每一张面孔的吸引力打分，并判断这些面孔是否眼熟。结果显示，与比喻性赞美（如“你的双眸犹如朝露”）一同展示的面孔比与直白赞美（如“你的嘴唇很性感”）一同展示的面孔更具吸引力，而且赞美外貌比赞美财产（如“你的花园就像一片花海”）更能提升男性的吸引力。

 

做梦是发育和学习记忆的好帮手

 

北京大学化学生物与生物技术学院甘文标课题组利用最近建立起来的一系列成像手段成功的揭示了做梦睡眠的奥秘所在，相关研究成果发表于《自然-神经科学》。人的一生几乎有近三分之一的时间是在睡眠中度过的，睡眠的重要性毋容置疑。越来越多的科学研究也揭示了睡眠的各种作用。做梦恰到好处地处理了这个问题，它会快速地处理掉一部分并不重要的新突触让大脑倒出空间来学习其他的东西，但是与此同时它还会巧妙地又加强并保存下来一小部分比较重要的新突触。如此以来大脑便通过睡眠期间做梦的这一小段特殊的窗口时期非常有效率的解决了发育和学习过程中要选择性的消除并保存一部分突触这个比较复杂的问题。

 

临床病人和健康人群携带mcr-1基因大肠杆菌的分子流行病学及临床关联性

 

中国农业大学动物医学院沈建忠院士团队与中山大学、浙江大学和英国卡迪夫大学等研究团队合作，分析了mcr-1阳性大肠杆菌在临床病人及社区人群中的分子流行特征，确定了引起mcr-1阳性大肠杆菌传播的因素及其所导致的临床风险，为耐药性的风险评估与预防控制提供了重要的理论基础研究成果发表于《柳叶刀-传染病》。研究发现，mcr-1基因在临床分离大肠杆菌中的转移成功率可达34.1%，其中有69.0%的菌株表现出很高的转移频率（10-1～10-3），表明mcr-1具有很强的传播、扩散力。无论是从广州还是杭州、临床病人还是体检者分离的mcr-1阳性菌株，总体表现出多样化的分子分型，表明临床上mcr-1阳性大肠杆菌感染暂无克隆爆发的可能性。

 

甲肝病毒与中和性抗体复合物结构

 

中科院生物物理所饶子和院士团队和牛津大学科研人员合作，解析了甲肝病毒与其中和性抗体Fab复合物精细三维结构，通过病毒学和细胞生物学实验证明：该抗体不仅能够阻断HAV与其受体TIM-1分子的相互作用，还干扰了HAV病毒正常的脱衣壳过程，揭示了一种“受体模拟”的中和机制，为抗病毒药物研发提供重要信息；相关论文发表于《国家科学院院刊》。全球每年有140万甲型肝炎病毒（HAV）感染病例，主要暴发于发展中国家。数据表明，R10能阻断HAV分子与TIM-1分子的结合和干扰HAV脱衣壳的特性，从结构和功能上提出了一种“受体模拟”的中和机制。

 

消除烟瘾的新方法

 

北京大学第六医院陆林教授课题组实现了从动物研究到临床试验的成果转化，为尼古丁依赖等病理性记忆相关精神心理问题的有效治疗提供了新方法，研究论文发表于《美国医学会杂志-精神病学》。尼古丁会导致大脑的神经通路发生可塑性改变，形成强烈持久的成瘾记忆，使尼古丁依赖者持续存在吸烟欲望，这种欲望会削弱甚至摧毁戒烟的决心。消除尼古丁依赖者的病理性成瘾记忆、降低心理渴求是临床戒烟成功的关键。在动物尼古丁成瘾记忆模型中发现，采用小剂量尼古丁作为非条件性刺激唤起成瘾记忆后，再巩固时间窗内给予普萘洛尔能有效消除动物的所有的尼古丁成瘾记忆。在吸烟成瘾人群中给予非条件性刺激后，在再巩固时间窗内口服普萘洛尔可以消除吸烟相关的记忆，能降低多种吸烟相关线索诱发的心理渴求。

 

伤害性热刺激引起疼痛的关键调控机制

 

中科院神经科学研究所、脑科学与智能技术卓越创新中心张旭院士研究组揭示了伤害性热刺激引起疼痛的关键调控机制，相关研究成果发表于《神经元》。伤害性刺激温度（过热和过冷）、机械和化学刺激可以引起疼痛和逃避反应，从而保护机体不再受到伤害。研究发现成纤维细胞生长因子13（FGF13）是热痛的关键调控分子，揭示了FGF13对电压门控钠通道Nav1.7的调控作用是热痛的全新分子细胞生物学机理。这项研究成果不仅发现在伤害性机械与热感觉神经元中表达的FGF13选择性地调控热痛，并且揭示FGF13作用于Nav1.7是热痛传导的关键机制，突破了目前痛觉理论的概念性认识，并且提供了新的镇痛药靶分子。

 

细胞属性转换调控的新机制

 

中科院中国科学院生物化学与细胞生物学研究所惠利健研究组揭示了转录因子诱导细胞属性转换过程中染色体结构的改变引起ATM-p53途径的活化抑制了细胞属性转换，研究论文发表于《细胞研究》。终末分化的成体细胞属性维持在一个相对稳定的不可逆的命运决定状态。这种细胞属性稳态的维持依赖于谱系特异转录因子构建的表观遗传修饰以及细胞内信号通路的调控，构成了细胞属性检查点，如同监狱的高墙和铁丝网。高墙是围住细胞的表观遗传修饰状态，但并非不可逾越。那些在转分化或者去分化过程中，试图改变表观遗传修饰状态的细胞，会被细胞属性检查点机制所抑制，从而发生死亡或者细胞增殖抑制。从组织功能角度来说，这是又一层维持细胞属性的机制。

 

自身免疫病共有易感基因

 

上海交通大学医学院附属仁济医院风湿病研究所与南卡罗来纳医科大学等研究机构合作研究发现易感基因，与多种自身免疫疾病相关，为系统性红斑狼疮、类风湿性关节炎以及原发性干燥综合征等自身免疫疾病的治疗干预找到了新靶点。相关研究成果发表于《自然-遗传》。系统性红斑狼疮、类风湿关节炎以及原发性干燥综合征，都是复杂的自身免疫疾病，病因与发病机制尚未明确。系统性红斑狼疮死亡率高。类风湿关节炎，会造成肢体残疾，影响患者生活质量，对家庭和社会造成严重负担。原发性干燥综合征，是一种常见病，因症状不被重视，易被漏诊或误诊。这些自身免疫性疾病，目前尚无根治的手段，主要利用激素和免疫抑制剂或者生物制剂等控制和缓解病情恶化，早期诊断和早期治疗对改善预后有积极意义。

 

大多数灵长类物种面临灭绝的风险

 

31位国际公认的灵长类动物学家组成的团队对每一种已知的灵长类物种进行分析，以判断它们生存状况的论文发表于《科学》的子刊《科学进步》。作者之一是中国灵长类学会理事长、中国科学院西安分院副院长、西北大学李保国教授。该研究揭示：超过一半的灵长类物种濒临灭绝，而更多物种都存在种群数量下降的情况。人类最亲近的生物当前所面临的问题是由人类所导致的，人类的灵长类亲戚遇到了麻烦，灵长类动物生存状态比我们预期的要更加糟糕，呼吁要保护世界上快速减少的灵长类（狐猴、懒猴、婴猴、眼镜猴、猴子和猿类）。如果人类不立即采取全球保护行动，在未来 50 年灵长类动物的生存环境将加速恶化，最终导致许多灵长类动物灭绝。灵长类动物的灭绝对于人类生存的影响是难以估量的。

 

核重复序列

 

中科院上海生化细胞所陈玲玲研究员与上海生科院（健康院）计算生物学所杨力研究员在《细胞》子刊《细胞生物学趋势》发表综述论文，系统总结了灵长类（包括人）基因组中特异的Alu短散在核重复序列（short interspersed nuclear elements）在基因表达过程中的重要调控作用。45%的人类基因组序列由转座子来源的序列构成，其中很重要的一部分是短散在核重复序列。在包括人在内的灵长类基因组中存在一类特殊的SINE序列－Alu序列，其约300 bp长。其中，人类基因组中包含了超过一百万个的Alu序列，占据了人类基因组超过11%的序列构成。随着研究的深入，大量证据表明Alu在基因组进化和遗传信息的多样性都发挥重要的调控作用。

 

人类大脑进化遗传机制研究

 

中科院昆明动物研究所宿兵研究组与国内外科学家合作，对人类、黑猩猩和猕猴3个物种的大脑前额叶进行了大脑全基因组甲基化测序，发现了85个人类特异的甲基化变化区域，相关论文发表于《分子生物学与进化》。通过对多个灵长类代表物种（人类、黑猩猩、长臂猿、猕猴和食蟹猴）大脑样本的甲基化重测序，对发现的人类特异的DMR进行了验证。结果显示，有相当一部分DMR集中在基因间区域，而这些区域基本上都是H3K4me3标识的转录活跃区域；进一步的基因表达分析发现，这些区域可能通过影响一些神经特异转录因子的结合参与神经发育调控过程。该研究提示在进化中表观遗传变化对人类大脑起源的重要作用。

 

猕猴中颞叶皮层对自身运动方向感知的因果贡献

 

中科院神经科学研究所顾勇研究组发现猕猴中颞叶脑区的运动信号贡献于自身运动方向感知的因果证据，研究论文发表于《大脑皮质》。研究发现猕猴中颞叶脑区在光流刺激中能产生明显的运动信号，而且该信号可被下游脑区加权整合，并贡献于自身运动方向辨别。中颞叶脑区的神经元产生的运动信号被读取的权重与该神经元所受到的周围抑制程度显著相关。我们生活在一个物质丰富的世界，外周物体的状态属性不仅能够反应我们所处的环境，也能为我们的大脑所利用，从而使我们能够分析评估自身所处的状态。感知和分析我们自身运动的状态就是我们大脑利用环境来估量自身的一个典型范例。

 

恒河猴的自我意识

 

中科院神经科学研究所龚能博士团队与蒲慕明研究员合作，完成经过镜前视觉－本体位置偶联训练的恒河猴自发的表现出镜像自我识别的能力的研究，发现经过训练的恒河猴自发的表现出镜像自我识别的能力，相关成果发表于《美国科学院院刊》。自我意识作为人类最重要的高等认知功能之一，其神经机制并不清楚，其中一个重要的限制就是动物模型的缺乏。能够识别镜中的自我被认为是验证自我意识的有效手段，镜前的“标记测试”，即在被试不知情的条件下在其脸上涂上颜料标记，看被试会不会在镜子前触摸和检查脸上的标记，被认为是经典的检测方法，并被用于人类和多种动物。之前公认的只有人类和少数类人猿可以通过镜像测试，所以自我意识被认为只在这些高等灵长类动物中才有。

 

人类大脑容量变化遗传分析

 

中科院昆明动物所宿兵研究组对近期人类进化过程中群体水平脑容量变化进行遗传分析，研究成果发表于《人类遗传学》。脑容量调控基因CASC5在现代人的起源过程中积累了8个氨基酸突变，这些突变在非人灵长类和古人类（尼安德特人和丹尼索瓦人）中均不存在，是现代人特有的变异位点。其中，2个突变位点在现代人中已经固定下来，而其他6个位点在人群中仍然是多态的。更有意思的是，有4个多态位点在东亚人群中呈现高频率，但在欧洲和非洲人群中频率很低。进一步的分子进化分析表明，CASC5基因在东亚人群中受到达尔文正选择的作用，但在非洲和欧洲群体中没有发现选择信号。

 

衰老过程中神经膜上富含DHA的膜微区和线粒体心磷脂的重要关联

 

中科院遗传与发育生物学研究所税光厚研究组运用前沿脂组学技术，研究了三个不同年龄阶段（幼年、成年和老年）恒河猴的前额叶组织中膜脂变化具体到各种脂肪酰的脂纹谱。通过对恒河猴的前额叶膜脂脂肪酰基专项分析有力地证明恒河猴是一个合适作为研究人类大脑正常衰老的模型，相关论文发表于《Oncotarget》。大脑将大部分能量用于维持膜脂动力学，以保证包括磷脂和鞘磷脂在内的各种膜脂的脂肪酰基组成的特异性。因此，不同膜脂的脂肪酰基严格的异质性对于维护膜脂完整和大脑的正常运作极其重要。恒河猴，由于与人类基因的高度同源性（约92.5％至95％），在年龄相关表型上会表现出高度类似的正常衰老状态。

 

手斧技术的历时性发展

 

中科院古脊椎动物与古人类研究所李浩与国内外科学家合作，对南非两处年代跨度较大的阿舍利遗址手斧材料进行定量研究，为阿舍利技术的历时性研究提供了定量分析的方法论依据，相关结果于国际《国际第四纪》。以手斧工具为代表的旧石器时代早期阿舍利技术体系，是古人类石器技术史上一个重要的发展阶段，伴随着古人类体质从直立人到早期现代人的演化，其年代大约从176万年开始，延续至距今20万年左右，部分地区其延续的时间可能更晚。该技术体系的分布范围囊括非洲和亚欧大陆的大部分地区。因此，对该技术体系的历时性发展轨迹进行探讨，能够为我们深入理解古人类技术与认知能力的发展与演化提供重要的证据。

 

蛋白MFN1片段晶体结构

 

中山大学肿瘤防治中心高嵩教授课题组解析了MFN1片段在不同三磷酸鸟苷（GTP）水解状态下的晶体结构，阐明了MFN1水解GTP的机制，并提出了MFN1介导线粒体外膜栓连的模型，相关论文发表于《自然》。线粒体的融合依赖一种名为mitofusin的蛋白质“机器”实现。这种机器锚定在线粒体的表面上，通过使用一种名为GTP的小分子化合物“燃料”来实现不同线粒体的对接和融合。Mitofusin机器有时会因为基因突变而出现某个“零件”的故障，进而导致线粒体融合障碍以及相关人类疾病的发生。利用X射线晶体衍射等技术，使mitofusin形成像白糖和食盐一样的晶体进行衍射实验，观察到mitofusin机器的细微结构，并发现它通过消耗GTP燃料可以调节自身的构造，并两两“吸附”在一起。

 

仿生抗冻蛋白

 

中科院化学所王健君和上海应用物理所等研究者合作，基于抗冻蛋白能使生活于寒冷地区的生物体避免冰冻造成危害的特性，发现这类蛋白的冰吸附面上亲疏水相间官能团（甲基和羟基）的有序排列，使其表面形成类冰水，从而能够选择性吸附到冰晶表面，抑制冰晶的生长。相关论文发表于《德国应用化学》。根据氧化石墨烯（GO）特有的碳骨架结构，开展了GO调控冰晶生长的研究。GO不但能有效地抑制冰晶生长和重结晶，而且能修饰冰晶形貌。GO表面具有稳定的类冰水，使得GO更倾向于与固态的冰形成稳定氢键，从而在大量液态水存在的条件下能够选择性地吸附到冰晶的表面。GO吸附到冰晶表面后，在GO间冰晶形成曲面，通过Gibbs-Thompson效应抑制冰晶生长。

 

基于蛋白质化学全合成的双泛素蛋白制备

 

中科大生命科学学院、合肥微尺度物质科学国家实验室教授田长麟和清华大学教授刘磊合作，基于蛋白质化学全合成方法制备了不同类型的双泛素蛋白，在特定位点引入光活化交联基团，并鉴定高选择性双泛素结合蛋白。相关论文发表于《德国应用化学》。通过和标准泛素蛋白结合实验，确认了双泛素蛋白合成的有效性，并优化了光交联基团的反应条件。在此基础上，从哺乳动物细胞HEK293裂解液中通过光激活双泛素蛋白，并应用质谱方法鉴定出多个能和Lys48-连接双泛素、Lys63-连接双泛素结合的蛋白质，为后续进一步分析这些双泛素结合蛋白在细胞自噬、DNA损伤修复等生理活动中的功能机制提供了重要的前期基础。

 

蛋白质动态研究新方法

 

中科院武汉物理与数学研究所唐淳研究员带领生物大分子动态学研究团队和北京生命科学研究所董梦秋研究组合作，探索了利用化学交联质谱和结构计算来研究蛋白质动态的新途径，建立了一套基于交联数据的结构模拟计算方法,并发布了通用流程。研究论文发表于《生物化学杂志》。结构生物学研究主要关注蛋白质的基态结构，但是蛋白质行使功能往往需要在基态和激发态之间转变构象。解析蛋白质的激发态构象和结构动态对于X射线晶体学和电镜等传统的结构生物学方法是一难题。核磁共振虽然适合研究蛋白质在溶液中的多种构象，但是仅限于50 kDa以下的蛋白，而且需要大量的、同位素标记的、高度纯化的蛋白。

 

真核生物电压门控钠离子通道的近原子分辨率三维结构

 

清华大学医学院颜宁研究组报道了真核生物电压门控钠离子通道（以下简称“钠通道”）的近原子分辨率的冷冻电镜结构，为理解其作用机制和癫痫、心律失常等相关疾病致病机理提供了基础。相关文章发表于《科学》。钠通道是所有动物中电信号的主要启动键，而电信号则是神经活动和肌肉收缩等一系列生理过程的控制基础。该研究利用序列分析选取长度最短的真核钠离子通道，利用重组技术获得了表达量较高、性质稳定均一的美洲蟑螂的钠通道蛋白；利用单颗粒冷冻电镜的方法，重构出了绝大多数侧链的真核生物钠离子通道的三维结构。该结构的解析为理解钠通道的离子选择性、电压依赖的激活与失活特性、配体抑制机理，提供了重要的分子基础。

 

革兰氏阳性细菌CcpA蛋白的调控新机制

 

中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所姜卫红研究组揭示了革兰氏阳性细菌全局调控蛋白CcpA的一种新型、高度可变的结合靶基序cre-var及其相关分子调控机制，相关论文发表于《mBio》。CcpA是革兰氏阳性细菌中重要的全局性转录调控因子，参与控制细胞的多项生理过程。它通过识别并结合至靶基因的特定位点执行其转录调控功能，形成复杂的调控网络，这类结合位点被称为cre序列。丙酮丁醇梭菌中存在一百多个cre-var位点，它们既可以单独行使功能也可以与经典的cre协同发挥作用，使得CcpA的调控更全面和精细。cre-var在其它革兰氏阳性菌中也大量存在，包括致病型梭菌、芽孢杆菌、链球菌、肠球菌和乳酸菌。

 

流感病毒感染机制研究

 

中科院动物研究所何宏轩研究员研究组揭示了一个流感病毒通过抑制宿主细胞信号通路来促进病毒复制的新机制，为促进宿主细胞SUMO化的制剂来治疗和预防流感病毒提供了基础，相关论文发表于《细胞与感染微生物学前沿》。SUMO化蛋白（小泛素样修饰）对靶蛋白的修饰是调控蛋白活性、稳定性、细胞内定位和蛋白质互作的一个重要机制。研究发现宿主细胞的MEK1蛋白是SUMO1的靶蛋白，MEK1蛋白的SUMO化程度受到H5N1病毒感染的调控。提高MEK1的SUMO化水平会显著抑制病毒的感染，下调MEK1的SUMO化会促进病毒的复制水平。提高流感病毒HA蛋白在细胞膜的表达会促进MEK1蛋白的磷酸化，同时逐渐降低MEK1蛋白的SUMO化。

 

人源NAD依赖型异柠檬酸脱氢酶研究

 

中科院分子细胞科学卓越创新中心/上海生命科学研究院上海生物化学与细胞生物学研究所分子生物学国家重点实验室、国家蛋白质科学中心（上海）丁建平研究组揭示了人源NAD依赖型异柠檬酸脱氢酶（NAD-IDH）的β和γ亚基在全酶中行使不同的生物学功能；相关论文发表于《科学报告》。酶是一类蛋白质。IDH是一类广泛存在于生物体中的酶家族，主要在细胞抗氧化损伤、活性氧自由基的解毒以及脂肪和胆固醇合成中起重要作用；而NAD-IDH存在于线粒体内，被认为是三羧酸循环的限速酶。在受调节因子激活前后，αβ和αγ异元二聚体对全酶酶活力的贡献是相当的，并且都可以通过γ亚基而非β亚基受到CIT和ADP的别构调节。

 

蓝色能源新技术

 

中科院北京纳米能源与系统研究所的王中林院士团队对国内外已有波浪能发电装置的发展和特点进行了分析，总结了摩擦纳米发电用于波浪能收集的技术和产业优势，指出了波浪能摩擦发电的关键问题和未来发展趋势，相关成果发表于《自然》。蓝色能源与传统绿色能源相比，拥有地理分布上的优势，海洋覆盖了地球70%的表面，全球约44%的人口都居住在距海岸线150千米的范围内，人类向大海索取资源已成为必然的趋势。海洋波浪能是指海洋表面波浪所具有的动能和势能，分成风浪、涌浪和近岸浪三种，具有能量密度高，分布面广等优点，据估计地球上海浪中蕴藏着的能量相当于90万亿千瓦时的电能。

 

从“四个现代化”到IT中的“四化”

 

中科院北京纳米能源与系统研究所的王中林院士团队首次提出了信息科学和物联网领域的“四化”：即微小集成化，无线移动化，功能智能化，和全自驱动化相关文章发表于最新一期的《今日材料》。王中林院士提出的信息科学和物联网领域的“四化”即微小集成化（1958-），无线移动化（1973-），功能智能化（~2000-），全自驱动化（2006-），其中第四化支撑前三化。近年来的人工智能和大数据的出现，我们进入了功能和智能的时代。没有能源供给，所有的电子设备都无法工作。因此，如果能够使移动电子设备自供电，使得系统可以连续地无中断地操作，这既是物联网的迫切需要，又是现代信息科学的一个巨大的驱动力。

 

摩擦纳米发电机

 

中科院北京纳米能源与系统所吴昌盛、刘瑞远团队以及蒋涛博士、姚艳艳团队分别独立设计了两种不同的弹簧结构用于提高摩擦纳米发电机在低频下的能量输出，均发表于《纳米能源》。为实现大规模有效收集海洋能，摩擦纳米发电机在低频振动下的发电效率仍需进一步提高。一种结构结合了基于弹簧共振耦合的机械放大器和常规的摩擦纳米发电机，将常规基于单弹簧共振模式的摩擦纳米发电机中的重物分拆为质量比例较大的两部分，并通过弹簧隔开。第二种结构将两个接触分离式的摩擦纳米发电机单元通过弹簧相连。引入的弹簧结构在水波冲击等机械刺激下可用来储存弹性势能，之后产生多个机械能-电能转化周期，将低频运动转化成高频运动。

 

石墨烯基超级电容器

 

中科院大连化学物理研究所吴忠帅研究员团队和中国科学院院士包信和团队在柔性化、平面化、集成化的全石墨烯基超级电容器研究方面取得进展，实现了在一个基底上制造具有任意形状的超级电容器及其模块化集成。相关论文发表于《ACS纳米》。该研究提出在一个基底上构筑任意形状、三明治结构平面超级电容器的概念。以电化学剥离石墨烯为电极材料，纳米氧化石墨烯为隔膜，在形状可调控的掩模版协助下，通过逐层喷涂的方式在一个柔性基底上成功地制造出具有任意形状、全石墨烯基三明治结构的平面超级电容器。该电容器不仅具有形状多样性，还具有较高的体积比容量、较高的能量密度和优异的机械柔韧性。

 

利用镀有石墨烯的微球在高接触压力下实现鲁棒性的微观超滑

 

清华大学机械工程系、摩擦学国家重点实验室联合中国科学院化学研究所等单位，利用石墨烯实现固体超滑，相关成果发表于《自然-通讯》。全球约1/3的一次性能源由摩擦消耗，愈演愈烈的能源危机更突显了摩擦学研究的现实意义。超滑是揭示摩擦能量耗散的起源以及探索降低摩擦能耗途径的重要研究方向。该研究设计并制备出一款用于原子力显微镜的镀有石墨烯的微球探针，实现石墨烯与石墨烯之间微观摩擦力的测量，并且获得了拥有“鲁棒”特性的超低摩擦：适用于较宽范围的载荷、环境气氛、湿度、扫描范围以及速度等实验条件，同时维持较长时间超滑状态。这种石墨烯探针也可以在其他二维材料，如六方氮化硼晶体上获得超滑，实现异质二维材料之间的摩擦测量。

　　

钙钛矿单晶薄膜的可控制备与太阳能电池器件

 

中科院化学研究所分子纳米结构与纳米技术重点实验室胡劲松研究员课题组，发展了一种利用空间限域作用的溶液相方法，实现了在基底上原位制备毫米级高质量有机无机杂化钙钛矿单晶薄膜，相关论文发表于《美国化学会志》。该法制备的单晶薄膜厚度可以在几十纳米到几微米范围内可调，同时对基底无选择性，可在柔性基底及表面粗糙度较高的材料等多种基底上原位生长，适宜于各种器件的制备。研究表明所制备单晶薄膜具有良好的结晶性，与基底接触良好，并且具有与体相钙钛矿单晶相当的光学和电学性能，为进一步制备和研究钙钛矿单晶薄膜太阳能电池及其他单晶器件提供了新途径。

 

固体沥青形成和演化的研究

 

中科院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室熊永强团队，利用热成因固体沥青进行原油裂解气油气源对比及资源量评价，相关论文发表于《海洋和石油地质学》。我国南方下古生界海相地层普遍具有埋藏深、热演化程度高的特点，且经历过多期构造运动的影响；早期形成的古油藏大多发生裂解，再经调整改造形成现今的气藏。固体沥青是原油裂解的另一个重要产物，经历了油气形成、运移、成藏和后期改造的整个过程，蕴藏着丰富的成因信息。在整个演化过程中，固体沥青的碳同位素值基本保持不变。储层固体沥青的同位素组成、含量和分布特征可用于烃源的判识、古油藏的圈定以及古油藏和油裂解气藏规模的估算和评价。

 

太阳能光热转换与热能存储利用

 

中科院合肥物质科学研究院智能机械研究所智能微纳器件研究室王振洋研究组在太阳能光热转换与热能存储利用方面取得进展，相关论文发表于《太阳能材料与太阳能电池》。太阳能光热应用是利用太阳能最简单的途径之一。由于其到达地球后能量密度较小又不连续，很难进行大规模的开发利用。如何将低品位的太阳能转换成高品位的热能，并对太阳能进行富集，是国际难题。该研究根据具有等离子体效应的纳米颗粒可以快速高效实现光热转换的特点，利用相变材料吸放热的特色，结合金属颗粒的等离子效应，将两者有机结合，制备出高透光率的薄膜材料，具有高效光热转换能力，同时又具有定温、热存储与释放功能。