来自寒武纪的早期后口动物

 

Nature封面：冠状皱囊动物（Saccorhytus coronarius）的复原图。Nature杂志第7640期封面文章探究一种新发现的后口动物，冠状皱囊动物。冠状皱囊动物是一种新发现的后口动物，生活在寒武纪最早期的中国。后口动物包含了脊椎动物、海星、肠鳃纲动物和尾索动物等物种。但由于种类繁多，且缺乏现存的形态中间体，人们很难了解早期后口动物的形态。Simon Conway Morris、韩健及同事描述的微型化石属于一种身体为袋状、没有肛门的生物。基于其遗骸的原始特征，研究者认为这种生物是已知最原始的后口动物；化石表明，最早的后口动物是一种小型底栖动物。

 

藜麦基因组序列

 

Nature封面：秘鲁高地的妇女捣碎藜麦的场景。Nature杂志第7641期封面文章报道了藜麦 (Chenopodium quinoa) 的参考基因组序列，藜麦是一种能够在许多不同环境条件下生长的高营养作物。作者将光学、染色体接触和遗传图谱与长读测序结合起来，生成了藜麦的异源四倍体基因组，还测序了其它二倍体和四倍体藜属(Chenopodium)物种的基因组，以表征藜麦的遗传多样性和亚基因组的演化过程。他们发现了一个调控苦味皂素的生物合成的转录因子，以及可用于开发甜味的商业藜麦品种的标志物。

 

七颗类地行星绕TRAPPIST-1运行

 

Nature封面：七颗行星及其与TRAPPIST-1关系的艺术再现图。Nature杂志第7642期封面文章报道了对恒星TRAPPIST-1的地面和太空光度监测的结果。M. Gillon及同事发现，至少有七颗大小和质量与地球相似的行星围绕这颗木星大小的恒星运转。这些行星的平衡温度都较低，使它们的表面有可能存在液态水。Trappist-1比木星稍大，表面温度极低，亮度仅为太阳的1/2000。由于Trappist-1又小又冷，让围绕它的7颗行星非常温暖，意味着这些行星上可能存在液态水，甚至是生命。这可能是太阳系以外，最适合人类居住的地方。

 

人口迁移的事实

 

Nature封面：人口迁移。Nature杂志第7643期封面文章聚焦人口迁移专题，具体探讨了各类移民报道背后的事实，并与难民和移民科学家展开对话。人口在两个地区之间的地理流动或者空间流动，这种流动通常会涉及到永久性居住地由迁出地到迁入地的变化。在当今分化的政治环境下，针对难民和移民的大讨论持续升温。Vivek Wadhwa赞扬了为美国创造了工作和财富的外国企业家，Hubb Dijstelbloem和Gemma Galdon-Clavel则着重强调了使用技术追踪人口流动的行为日益增加所带来的伦理问题。

 

海草生态系统减少细菌，有益于人类和海洋生物

 

Science封面：海草。Science杂志第6326期封面文章报道了海草草甸可将对人类和海洋生物致病的细菌减少高达50%。植物在城市环境中对于去除病原体和改善水质是重要的。海草草甸是地球上最广泛的沿海生态系统，通常也与浅珊瑚礁有关。许多植物具有生物修复品质，而海草，其中有约60种物种，产生天然杀生物剂。位于海草草甸附近的珊瑚只表现出一半的疾病流行性。印度尼西亚苏拉威西附近的有人环礁的海草草甸改善了人类起源细菌对海水的污染。这种效应延伸到海洋无脊椎动物和鱼类的潜在病原体。

 

戈登会议

 

Science封面：Gordon Research Conferences，http://www.grc.org/。Science杂志第6327期封面文章报道了最新戈登会议的系列会议介绍。Gordon Research Conferences是由戈登非营利组织举办的国际学术研讨会。议题包括生物学、化学和物理学研究的前沿和相关技术。首届会议可追溯到1931年夏（北半球），以后扩展到每年几乎两百个会议。会址经常选在风景独特地点使会议气氛轻松。一般投稿内容为未发表成果以鼓励自由讨论。从1991年起增加科学教育分会。《科学》杂志每年都会公布戈登会议的会议主题。

 

进入暮色地带

 

Science封面：潜入暮色深礁。Science杂志第6328期封面文章介绍了深海礁的世界。博物学家Rich Pyle参与拍摄过电影“珊瑚礁的探险之旅”，该记录片所展现的是世界上面积最大、最壮观，同时也是最危险的珊瑚礁群。Rich Pyle喜欢把海面以下30-150米的地方称为暮色地带（Twilight Zone）。浅礁，通常被明亮鲜艳的珊瑚群和鱼群环绕，因而格外获得人们的关注；但是，深海中的珊瑚礁，往往被人忽视。Rich Pyle等呼吁倡导关注中光度的珊瑚礁生态系统，在这个系统里，成千上万种新的物种等待被人发现。

 

人工合成再造真核生命体基因组

 

Science封面：合成染色体。Science杂志第6329期封面文章报道了合成酵母基因组计划，Synthetic Yeast Genome Project (简称Sc2.0)。Sc2.0由美国发起，由多国共同协作承担，重新设计并化学合成酿酒酵母的全部16条染色体（一千四百万个碱基，大小约为人基因组的5%）。该项目已完成五条染色体（II,V,VI,X,XII）的重新设计与合成，来自华大基因、天津大学、清华大学的中国科学家完成4条，占完成量的66.7%。元英进带领的天津大学团队完成了5号、10号（synV、synX）染色体的化学合成。

 

真核染色体合成

 

天津大学化工学院系统生物工程教育部重点实验室元英进团队在同期《科学》杂志发表了题为《化学合成十号染色体缺陷靶点定位与生长表征》和《完美设计合成V号染色体及其环化表型研究》的两篇长文。报道了全化学合成重新设计的真核生物酿酒酵母十号染色体，长达707 Kb，创建了一种高效定位生长缺陷靶点的方法，解决了合成型基因组导致细胞失活的难题，并且提供了一种表型和基因型关联分析的新策略，有助于延伸对基因组和细胞功能的认知；报道了精确匹配设计序列的真核生物染色体的化学合成，验证和评判了当前真核生物人工染色体的设计原则。同时，开发了定制化人工构建酿酒酵母环形染色体的方法，为研究染色体重排、癌症、衰老、人类染色体异常疾病等提供了新的研究思路和研究模型。

 

中国科学家新发现14个唇腭裂易感基因

 

武汉大学口腔医学院边专教授团队和安徽医科大学孙良丹教授团队合作开展唇腭裂易感基因研究，新发现了14个非综合征型唇腭裂相关易感基因，相关文章发表于《自然-通讯》。唇腭裂是一种先天发育性畸形，其发生率在先天缺陷畸形中居前三位，2013年我国将唇腭裂疾病纳入20个重大救助疾病之一。通过对7404例非综合征型唇腭裂患者以及16059例不同种族的正常对照组个体的研究，证实了26个遗传区域中41个SNP位点与唇腭裂显著相关，其中14个是首次发现的新位点。这26个遗传区域在中国人群非综合征型唇腭裂患者中有10.94%的遗传率。

 

DNA开关调控单个分子内电流

 

南京大学特聘教授陶农建带领中外学者团队通过化学修饰，研制出首个可控制DNA开关，尺寸只有1纳米，能调控单个分子内电流，相关论文发表于《自然-通讯》。蒽醌是一种包含三个苯环的特殊结构，具有氧化还原性的功能团。研究团队利用蒽醌衍生物（Aq）对DNA双螺旋结构进行了修饰。通过插入DNA两个碱基对中间，获得了具有开关功能的Aq-DNA双螺旋。利用扫描隧道显微镜，可以像用手开关水龙头一样对插入蒽醌的DNA进行控制。DNA能表现出不同的行为方式，比如既能诱导电子表现出量子特性，像光波一样流动，也能让电子像在金属电线内一样“动如脱兔”。

 

成瘾戒断记忆再巩固的DNA甲基化调控机制

 

中科院心理研究所隋南研究组采用吗啡-纳洛酮诱导的条件位置厌恶（CPA）范式，通过核团定位注射DNA甲基化抑制剂5-aza的方法探讨了成瘾阶段记忆再巩固的核团及其转录调控机制；相关论文发表于《行为神经学前沿》。研究首次发现DNA甲基化在成瘾戒断记忆再巩固中发挥重要作用，此外，该研究还发现岛叶AI和杏仁核BLA亚区在负性情绪记忆再巩固中可能发挥不同的调控作用。这为探索干预成瘾记忆的新靶点提供了新证据。成瘾戒断引起的负性情绪记忆长期存在，是导致成瘾者复吸的关键因素。再巩固是长时记忆加工的重要阶段，为破坏长时程病理性记忆提供了干预的“窗口”。

 

人类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，研究论文发表于《自然》。人体绝大多数细胞中都含有一种名为“线粒体”的重要“器官”（细胞器），它是细胞的“能量工厂”。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。观察到的mitofusin机器的细微结构显示，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。

 

细胞壁乙酰化修饰调控机制

 

中科院遗传与发育生物学研究所周奕华研究组与储成才研究组发现了一个能负调控木聚糖乙酰化水平的酶；相关论文发表于《自然-植物学》。水稻脆鞘突变体bs1具有脆鞘、矮生等表型。图位克隆发现BS1基因编码一个GDSL酯酶家族成员，定位于多糖“合成工厂”高尔基体上。bs1突变体细胞壁中总乙酰酯含量升高，且差异来自水稻中最主要的半纤维素木聚糖。重组BS1蛋白具有特异的木聚糖乙酰酯酶活性，反应产物得到了液相质谱(LC-QTOF)和核磁共振分析的验证，表明BS1确为木聚糖乙酰酯酶。BS1在富含次生壁的维管束和厚壁组织中高表达，影响木质部导管的结构，进而影响植株形态和粒重等农艺性状。

 

细菌Argonaute蛋白生成和加载DNA引导链的分子机制

 

中科院生物物理研究所王艳丽课题组及其合作者关于细菌Argonaute（Ago）蛋白独立生成和加载DNA引导链的分子机制，研究论文发表于《分子细胞》。真核生物的Ago蛋白是RNA干扰通路的重要组分，它们利用小的RNA引导链靶向互补配对的RNA分子。TtAgo能够降解不稳定的双链DNA，产生小的双链DNA片段，TtAgo能够选择性地加载这些降解的DNA，之后引导靶DNA的降解。结合单分子荧光、分子动力学和结构研究，科研人员发现，TtAgo加载双链DNA分子偏好于引导链的5’末端相对位置处的过客链含有脱氧鸟苷。这就解释了为什么TtAgo在体内优先加载含有5’末端脱氧胞苷的引导链。

 

青藏高原青稞早熟性相关等位基因

 

中科院西北高原生物研究所和四川大学合作，在青稞早熟适应性方面取得进展，相关论文发表于《理论与应用遗传学》。青稞是青藏高原极具特色的作物类型。研究青稞早熟性形成的遗传机制对于揭示青稞对青藏高原极短生育期条件的适应和进化过程具有重要的科学意义。来自西藏的青稞地方品种“拉鲁青稞”EAM8第三个内含子中存在的A/G替换导致该基因在转录时发生可变剪接和内含子保留，之后提前出现的终止密码子最终导致无功能的截断蛋白的形成，将该等位基因定名为eam8.l。eam8.l等位基因是植物中第一个发现的可变剪接导致早熟的自然突变基因。

 

“隐形”二维纳米材料可活化巨噬细胞

 

中科院过程工程研究所生化工程国家重点实验室马光辉主任团队发现了“隐形”二维纳米材料活化巨噬细胞的全新机制，研究论文发表于《自然-通讯》。与其他维度材料不同，修饰聚乙二醇后的氧化石墨烯（nGO-PEG）虽然不会被巨噬细胞摄取，但却会加速膜流动性、促进细胞迁移速率并诱导大量炎症因子；通过与国外同行合作进行模拟计算，该团队进一步发现nGO-PEG可借助表面摩擦和嵌插入膜两种方式与巨噬细胞发生相互作用；在此过程中，通过刺激细胞膜上整合素αvβ8激活内部信号，最终活化巨噬细胞。该工作提示二维纳米材料特殊的维度可能引发截然不同的纳米-生物界面效应，在进行生物医学应用时需格外关注。

 

具有声音感知能力的智能石墨烯人工喉

 

清华大学微电子所任天令教授研究团队首次实现石墨烯智能人工喉，研究论文发表于《自然-通讯》。该多孔石墨烯材料一方面具有高热导率和低热容率，能够通过热声效应发出100Hz-40kHz的宽频谱声音；另一方面多孔结构对压力极为敏感，能够感知发声时喉咙处的微弱振动，可以通过压阻效应接收声音信号，从而实现了单器件声音收发一体化集成。该智能器件具有声音收发一体化的特点，既能接收声音，又可以发射声音，并且具有良好的生物兼容性，贴附在聋哑人喉部便可以辅助聋哑人“开口说话”。该器件是石墨烯在可穿戴领域的全新应用，并有望在生物医疗、语音识别等领域产生重要影响。

 

六角氮化硼沟槽中成功制备石墨烯纳米带

 

中科院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室王浩敏研究员团队通过模板法在六角氮化硼沟槽中实现石墨烯纳米带可控生长，成功打开石墨烯带隙，并在室温下验证了其优良的电学性能，为研发石墨烯数字电路提供了一种可能的技术路径；研究论文发表于《自然-通讯》。石墨烯是一种由单层碳原子组成的二维原子晶体，具有优异的物理、化学和电学特性。研究人员通过金属纳米颗粒刻蚀六角氮化硼单晶衬底，切割出单原子层厚度、边缘平直且沿锯齿型(Zigzag)方向、宽度具有一定可控性的纳米沟槽，然后通过化学气相沉积法在沟槽中制备出长度达到数微米且宽度小于10纳米的高质量石墨烯纳米带。

 

一维纳米线中的相分离

 

中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心陆轻铀课题组与中科大曾长淦课题组合作，利用自主研制的强磁场可变温磁力显微镜（MFM），在一维相分离的单晶纳米线中观测到本征的隧道结，为该材料中出现的量子遂穿效应以及一种新型稳定的量子逾渗态提供了证据支持，相关论文发表于《纳米快报》。该纳米线在加场变温下的理论模型说明，在零场或者低场下，相邻铁磁畴被中间剩余的较薄绝缘相隔开，形成隧穿结构。随着磁场增大，部分绝缘畴转化为铁磁畴，形成隧穿结。由于一维各向异性，在低温强磁场下绝缘畴仍能稳定存在，只是被压缩成很细的条带，从而在纳米线中形成本征的隧道结，稳定一种新型的量子逾渗态。

 

纳米材料抑制肿瘤生长

 

中科院上海硅酸盐所研究员施剑林团队采用改进的自蔓延燃烧方法，并制备出单分散的、直径100纳米左右的硅化镁纳米颗粒。这种纳米颗粒在正常组织环境下性能稳定，无毒无害且制备成本低。而在肿瘤的弱酸性环境下，可以与质子反应生成硅烷。这种硅烷分子极易与氧分子反应，从而达到抑制肿瘤生长的目的。这些氧化硅颗粒还可以在一定时间后彻底降解，因此不存在毒副作用。相关成果发表于《自然-纳米技术》。癌症病人在化疗中通常需要使用高毒性的化疗药物。由于药物的非特异性，在杀死癌细胞的同时，同样杀死正常细胞，损害正常的组织和器官。事实上，70%以上接受化疗的癌症患者，最后死于药物毒性。

 

纳米金催化

 

中科院大连化学物理研究所研究员张涛、刘晓艳团队采用锌铝水滑石负载的硫醇保护Au25原子团簇作为前驱体制得的纳米金催化剂，在含有其它不饱和取代基团的芳香硝基化合物选择加氢反应中表现出较高的选择性，相关研究成果发表在《德国应用化学》。采用环境友好的半胱氨酸作为保护剂，制得了原子数可控的Au25原子团簇，并将其作为金的前驱体负载于锌铝水滑石载体上。由于S与Au和Zn原子之间较强的相互作用，且金颗粒能够在载体表面发生外延生长，使金原子簇得以高度分散，即使经过500℃高温焙烧，仍不容易发生聚集长大，其平均粒径保持在2nm。

 

纳米二氧化锡单晶低能{110}面的电化学传感新效应

 

中科院合肥物质科学研究院智能机械研究所研究员黄行九课题组发现了纳米二氧化锡低能{110}面对重金属离子如Pb(II)与Cd(II)增强的电化学敏感行为，并揭示其响应机制；相关成果发表于《分析化学》。二氧化锡是一种典型的宽带隙（3.6eV）n-型半导体材料，由于表面氧缺陷以及量子尺寸效应，使得其被广泛地应用于气敏传感器中。吸附在低能{110}面上的Pb(II)的Pb-O键的键长大于高能{221}面。DFT计算与XAFS光谱解析相结合从原子层面上解释了暴露不同晶面的二氧化锡纳米结构材料对Pb(II)与Cd(II)不同的电化学响应机制。该工作揭示了晶面对电化学行为的影响机制。

 

DNA智能水凝胶

 

中科院上海应用物理研究所柳华杰、樊春海等在界面DNA智能水凝胶的设计、制备及图案化研究方面取得进展，相关工作发表于《德国应用化学》DNA水凝胶是一种新型的生物大分子功能材料，通常由人工合成或天然提取的DNA作为原料，进行三维交联形成空间网络而成。由于DNA本身为生物大分子，形成水凝胶后将具有很好的生物相容性。在新方法中DNA凝胶化将起始于HCR反应引发剂的加入，并通过后续的级联反应逐步形成网络并加强。这与“均相聚合”中各种原料同时交联是截然不同的。在相同DNA用量条件下，使用新方法获得的DNA水凝胶具有目前为止最高的结构强度。