医学

 

腹主动脉瘤发病机制方面的研究取得重要进展

    北京大学医学部基础医学院孔炜教授研究团队开展同型半胱氨酸直接结合并激活血管紧张素2受体1从而加重血管损伤的研究，研究论文发表于《自然—通讯》。该研究从临床问题出发，揭示高同型半胱氨酸作为新的危险因素，促发腹主动脉瘤新机制，即同型半胱氨酸可作为血管紧张素I型受体（AngiotensinⅡType 1,AT1）新的配体，以不依赖于血管紧张素Ⅱ（AngII）作用，激活AT1受体，从而加重血管损害。腹主动脉瘤是与高血压相关的高度致死心血管疾病，目前尚无有效药物治疗方法。同型半胱氨酸（Homocysteine, Hcy）为蛋氨酸代谢中间产物，高同型半胱氨酸血症是多种心血管疾病的危险因素。

耐药鲍曼不动杆菌感染诱导宿主细胞死亡

    中科院昆明动物研究所齐晓朋课题组研究I型干扰素信号途径在鲍曼不动杆菌感染诱导宿主细胞死亡调控中的作用机理，研究论文发表于Cell Death & Differentiation。鲍曼不动杆菌是一种广泛存在于环境中的革兰氏阴性细菌。耐药性鲍曼不动杆菌已成为医院内主要流行病原菌，对免疫力低下人群感染性和致病性极强。鲍曼不动杆菌能引起肺炎、尿路感染、血行性感染，也是引起烧伤感染的主要病原。鲍曼不动杆菌在全球范围内对包括碳青霉烯类及粘菌素类在内的多种抗生素具有广谱耐药性，对其针对性治疗日益困难。鲍曼不动杆菌感染通过TRIF依赖的信号通路诱发I型干扰素的产生。

中国人群甲状腺乳头状癌的遗传图谱

    中科院北京生命科学研究院孙中生研究团队与北京大学肿瘤医院头颈外科刘宝国课题组合作，收集了355对甲状腺乳头状癌的癌组织和癌旁组织样本，绘制了中国人群甲状腺乳头状癌的遗传图谱，研究论文发表于The Journal of Pathology。甲状腺乳头状癌是内分泌系统中发病率最高的恶性肿瘤，发病率在近30年的时间里上升了3倍。目前，国际上大规模的全基因组重测序和转录组测序已经鉴定出多个甲状腺乳头状癌驱动变异，但研究对象主要是西方人群。由于癌症的驱动遗传变异具有地域和人群的特异性，故而研究中国人群甲状腺乳头状癌的遗传学极为重要。

新型革兰氏阳性菌药物外排泵

    中科大合肥微尺度物质科学国家研究中心和生命科学学院教授周丛照、陈宇星课题组，解析了肺炎链球菌中一种新型ABC转运蛋白（Spr0693和Spr0694-0695）的原子分辨率结构，揭示了革兰氏阳性菌抗药的一种新机制，相关论文发表于《自然—通讯》。药物外排泵是细菌抵御外界有毒物质的主要方式，而ABC转运蛋白是药物外排泵中的一种重要类型，它依靠ATP水解的能量将这些有毒物质排出。在大肠杆菌等革兰氏阴性菌中已发现一种ABC类型的药物外排泵MacAB-TolC，可将抗生素从胞内依次跨过内膜、周质腔、外膜转运到细菌外。该研究工作发现了一类全新的革兰氏阳性菌ABC转运蛋白的组织形式。

 

医学

 

NLRP3炎症小体调控进展

    南京大学生命科学学院、医药生物技术国家重点实验室徐强教授、孙洋教授研究团队开展磷酸酶SHP2通过与ANT1互作维持线粒体稳态从而负调控NLRP3炎症小体活化研究，相关研究论文发表于《自然—通讯》。NLRP3炎症小体作为天然免疫的重要组成部分，在机体免疫反应和疾病发生发展过程中发挥着重要作用，其过度活化可导致多种人类重大疾病如阿尔茨海默病、炎症性肠病、糖尿病以及恶性肿瘤等的发生。蛋白酪氨酸磷酸酶SHP2可在NLRP3激活剂ATP、尿酸盐结晶以及尼日利亚菌素等刺激下，稳定线粒体膜电位、抑制线粒体DNA以及活性氧的释放、下调由此引发的NLRP3炎症小体的过度活化。

应激性心脏损伤方面的研究进展

    北京大学第三医院心内科张幼怡研究员团队开展白介素18剪切活化启动b-肾上腺素受体过度激活所致心脏炎症及纤维化研究，相关论文发表于《欧洲心脏杂志》。围绕交感神经系统过度激活所致心脏损伤机制开展研究，从临床问题出发，分析在急性b-肾上腺素受体激活后，心脏炎症因子表达和心脏组织结构和功能的动态变化过程。发现急性b-肾上腺素受体激活后，心肌细胞特异的炎性小体快速活化，引起IL-18剪切激活，后者是促发心脏细胞因子瀑布反应和巨噬细胞浸润，并导致心肌损伤和功能减低的关键因子。交感过度激活的急性胸痛患者也伴随着外周血IL-18水平的升高。

髓系抑制性细胞（MDSC）在新生个体免疫稳态建立过程中的作用

    中山大学中山医学院人类病毒学研究所周洁教授和Dmitry Gabrilovich教授团队合作，揭示了髓系抑制性细胞（myeloid-derived suppressor cells, MDSC）在新生个体免疫稳态建立过程中的重要作用，相关成果发表于《自然—医学》。MDSCs是一类非成熟的髓系细胞，具有广谱的免疫抑制功能。目前普遍认为，MDSC的扩增主要存在于肿瘤，感染等病理状态，通过抑制免疫应答，诱导机体对肿瘤或病原体的免疫耐受，促进肿瘤或感染性疾病的进展；而在正常健康机体中，MDSC被认为不存在或水平极低。该项研究发现了MDSC在新生儿期的重要生理性免疫调节作用。

成纤维细胞亚群调控肿瘤干细胞新机制

     中山大学孙逸仙纪念医院宋尔卫、苏士成团队运用细胞膜蛋白CD10和GPR77为化疗耐受相关的成纤维细胞亚群贴上“身份标签”，发现了一种新型表达CD10+与GPR77+细胞表面标记分子的癌症相关成纤维细胞，此种成纤维细胞可显著促进乳腺癌与肺癌病人对化疗的耐药性，并为肿瘤干细胞的干性维持提供了环境，研究论文发表于《细胞》。既往研究提示肿瘤相关成纤维细胞具有高度的异质性。该研究采用术前化疗作为研究肿瘤微环境异质性的临床模型，通过临床标本高通量筛选发现的膜蛋白鉴定成纤维细胞亚群，阐述了补体分子对炎症转录因子转录后修饰的调控作用，为靶向肿瘤干细胞微环境的治疗提供了新思路。

 

信息

 

成对辐射奇异点体系中体费米弧和偏振态半核的观测

    北京大学信息科学技术学院、区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室彭超副教授与麻省理工学院物理学系Marin Solja?i?教授课题组、宾夕法尼亚大学物理学与天文学系Bo Zhen助理教授合作，对非厄米系统的拓扑性质展开直接实验研究，成功观测到非闭合的费米弧（Fermi arcs）和偏振态半核（polarization half-charge）现象，相关论文发表于《科学》。费米弧是能量等高线上具有开放端点的不闭合弧。实验观测的费米弧来自三维体系自身，而非其二维表面，因此被叫做体费米弧。体费米弧连接了系统中的两个辐射奇异点，体现出非厄米系统的拓扑性质。同时，还观测到系统内拓扑性质的另一种表现——光子偏振态半核。

共融机器人的基础理论与关键技术

    华中科技大学丁汉院士、吴豪研究员，国防科技大学杨学军院士、西安交通大学郑南宁院士，国家自然科学基金委黎明研究员共同撰写的观点文章，介绍了“共融机器人基础理论与关键技术研究”重大研究计划，该计划旨在引导中国机器人领域学者深化相关领域的基础研究，同时推动中国机器人产业的发展；文章发表于《国家科学评论》。共融机器人研究关注三个主要科学问题。首先是刚—柔—软体机器人的运动特性与可控性。其次是人—机—环境多模态感知与自然交互。最后是机器人群体智能与操作系统架构。机器人的应用已经从基本的机械加工和简单协助演变成了通过交互作用完成不同环境下的复杂任务。

基于支持向量机技术的智能恒虚警率检测器

    中科院声学研究所水下航行器信息技术重点实验室助理研究员王雷欧及其合作者利用机器学习中的支持向量机技术，研制出一种智能的恒虚警率（Constant False Alarm Rate，CFAR）检测器，研究论文发表于IEEE Access。该研究提出的CFAR检测器则利用先验数据训练SVM，随后用训练好的SVM识别当前工作环境并输出一个判断信号，根据判断信号，智能选择合适的检测阈值。它可以在均匀背景环境下提供最优检测性能，并在非均匀背景环境下提高检测性能的鲁棒性。经测试，该检测器在不同环境下的检测性能优于传统方法。该研究将机器学习技术移植到传统的信号检测器领域，为非高斯背景下的信号检测工作提供了新思路。

类生命机器人研究进展

    中科院沈阳自动化所微纳米课题组王文学、刘连庆研究员等与国内科学家合作，将类生命机器人领域取得的最新成果发表于Biophysical Journal。类生命机器人是近10年来机器人领域新兴的前沿研究方向，核心是将离体生命单元与传统的机电结构在分子、细胞和组织尺度上进行深度有机的物理和信息融合，形成一种新型的基于生命功能机制的机器人系统，从而使机器人能够兼具生命系统的优势和传统机电系统的优点，如生物体的高能量转换效率、本质安全性，以及机电系统的高强度、高重复性等特点。研究者提出了一种基于肌细胞亚细胞结构的细胞机械动力学模型，描述肌细胞跳动的动力学行为。

 

信息

 

“墨子号”量子卫星成功实现洲际量子密钥分发

    中科大潘建伟教授及其同事彭承志等组成的研究团队，联合中国科学院上海技术物理研究所王建宇研究组、微小卫星创新研究院、光电技术研究所、国家天文台、国家空间科学中心等，与奥地利科学院Anton Zeilinger研究组合作，利用“墨子号”量子科学实验卫星，在中国和奥地利之间首次实现距离达7600公里的洲际量子密钥分发，并利用共享密钥实现加密数据传输和视频通信。相关成果发表于《物理评论快报》。“墨子号”卫星与不同国家和地区的地面站之间实现成功对接，标志着“墨子号”已具备实现洲际量子保密通信的能力，为未来构建全球化量子通信网络奠定了坚实基础。

锡烯中的超导电性

    清华大学物理系张定助理教授、徐勇助理教授和薛其坤教授研究团队报道了在薄至两个原子层厚度的灰锡—锡烯—中，发现了二维超导电性，并揭示了其拓扑非平庸物性，研究成果以薄层锡烯中的超导电性为题发表于《自然—物理》。锡烯的态密度受到了衬底的调制，导致了超导电性的出现。通过改变衬底厚度，实现了锡烯从单带超导体到双带超导体的转变。外延生长的锡烯薄膜极其稳定，在没有任何保护层的情况下其超导电性可以长久保持（超过1年）。由于锡烯超导层与碲化铋衬底具有原子级平整的界面，而后者是三维拓扑绝缘体，这个特点使得通过超导近邻效应实现量子化的马约拉纳零能模成为可能。

超表面全息图批量化制备技术

    中科院光电技术研究所微细加工与光学技术国家重点实验室罗先刚等利用表面等离子体共振光刻技术，成功实现了亚波长超表面全息图的批量化制备，相关论文发表于《先进光学材料》。全息技术是一种理想无辅助设备的虚拟现实技术，在3D显示领域、信息加密与存储、全息防伪等方面具有重要应用价值。超表面具备亚波长尺度（几十到百纳米）内调控光场相位及振幅的能力，是理想的全息图编码材料。表面等离子体光刻技术相对于目前大多使用的逐点扫描加工的方式具有加工效率高、加工成本低等优势。在光刻结构中，使用共振腔体来放大倏逝波成分并调制成像面的电场分量，获得高分辨率的各向异性超表面全息结构。

细胞“感知”机械力的精巧分子机器结构与机制

    清华大学肖百龙与李雪明课题组合作，开展Piezo1离子通道的结构与机械门控机制研究，研究论文发表于《自然》。文章解析了哺乳动物机械门控Piezo1离子通道的高分辨率三维结构，揭示了其参与机械力感受与传递的关键功能位点，进而提出了Piezo通道以类似杠杆原理进行机械门控的精巧工作机制。机械门控阳离子通道是一类能够响应机械力刺激而引起阳离子进出细胞、进而诱发细胞兴奋和信号传递的一类重要离子通道。Piezo通道作为机械力受体能够被挤压、牵张及被流体剪切力等不同形式的机械力所激活。表达在血管内皮细胞中的Piezo1被证实作为剪切力受体感知血流，从而控制血管发育及进行血压调节。

 

植物

 

泛基因组分析揭示栽培稻和野生稻中基因组变异

    中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所和上海师范大学生命与环境科学学院黄学辉教授团队合作，在水稻基因组复杂遗传变异的研究中取得进展，相关成果发表于《自然—遗传学》。该研究绘制了栽培稻—野生稻的泛基因组图谱，系统鉴定了涵盖各类群水稻的编码基因集，其中很多新鉴定出的基因在各类群水稻中呈现出丰富的“存在—缺失”变异。水稻是我国重要的粮食农作物。亚洲栽培稻及其祖先种普通野生稻存在多种类群，分布广泛，可以适应多样的生态环境和农艺条件。水稻丰富的遗传多样性在驯化和现代育种中都发挥了重要的作用，并将成为应对粮食需求增长和环境变化进行品种改良的关键资源。

基因叠加对玉米转录组代谢组的影响

    中国农业科学院生物技术研究所王志兴课题组解析了多基因叠加对玉米转录组和代谢组的影响，相关论文发表于The Plant Journal。基因叠加（Gene stacking）是当前转基因作物研发的趋势，即在一个植物中同时转入两个或两个以上外源基因。对基因叠加的效应评估是转基因作物安全评估中的重要问题。该研究将2个转基因玉米材料进行杂交后，分别对比了转基因杂交玉米12-5×IE034和2个亲本转基因玉米以及6个常规玉米品种中的转录谱和代谢谱的差异。结果显示，转基因玉米育种复合所带来的基因表达和代谢物的变化数量介于常规玉米品种间的变异范围之内。

水稻低温适应性的“分子开关”

    中科院植物研究所种康院士率领的研究团队发现水稻MADS-box转录因子家族OsMADS57协同其互作蛋白OsTB1，能够调控水稻的低温耐受性，具有平衡器官发生和防御反应的分子开关特性，研究论文发表于New Phytologist。植物协调应对逆境胁迫的防御反应和器官发育的环境塑造，是植物在长期的进化过程中适应多变环境的基本条件。因此，植物适应环境的分子机制是植物科学最重要的科学问题之一，也是作物分子设计的理论基础。OsMADS57作为调控水稻侧芽发育和低温耐受性的分子开关，平衡水稻的生长发育和胁迫响应的分子调控网络，控制植物对低温环境的适应性。

异源四倍体小麦进化的稳定性研究

    南京农业大学陈增建教授团队对异源四倍体小麦进化的稳定性研究取得进展，相关论文发表于The Plant Journal。四倍体硬粒小麦（AABB）和六倍体面包小麦（AABBDD）都是种间杂交和多倍化形成的。但是，只有部分种间杂交形成了新的多倍体物种。该研究发现两个四倍体小麦在基因和小RNA表达、组蛋白修饰和转座子激活方面存在很大差异。在AADD四倍体中，很多基因表达下降、与异染色质有关的组蛋白修饰减少，导致很多转座子的表达，不利于维持染色体的稳定；而SSAA四倍体中的基因表达、染色质和转座子相对稳定。SSAA演化成了自然界中的硬粒小麦（AABB），而AADD不稳定，不能形成稳定的四倍体小麦。

 

植物

 

东亚植物区系形成新观点

    中科院昆明植物研究所孙航研究组最新研究论文发表于National Science Review。在中国—日本森林植物亚区和中国—喜马拉雅森林植物亚区的基础上，进一步将以古特有或孑遗植物集中分布的中国—日本森林植物亚区（华中—华东地区为核心）界定为“水杉植物区系（Metasequoia Flora）”；与之对应，将以杜鹃属（Rhododendron）为代表、众多形成物种分化中心的北半球大属集中分布的中国—喜马拉雅森林植物亚区核心区域（横断山—东喜马拉雅地区）命名为“杜鹃植物区系（Rhododendron Flora）”，客观地反映了东亚植物区系的核心范围。在此基础上对东亚植物区系在时间和空间上的演化进行整合分析（Meta－analysis）。

棉花体胚发生调控机制研究

    华中农业大学植物科学技术学院杨细燕副教授等人基于棉花团队早期对高效体胚发生材料YZ1的小RNA和降解组测序中鉴定到的小RNA及其靶标基因，探讨GhmiR157a/GhSPL10在棉花体细胞胚胎发生中的功能，相关论文发表于Journal of Experimental Botany。体细胞胚胎发生（SE）体系是研究组织和器官脱分化和再分化的良好模型，也是植物转基因技术的重要依托，对于其机制的研究具有重要的理论和应用价值。microRNAs（miRNAs）是一类长度通常为19-25个核苷酸（nt）的内源非编码RNA，在植物生长发育、激素信号转导、逆境胁迫响应等方面起着重要的作用。

猕猴桃多重高效基因组编辑系统研究

    中科院华南植物园黄宏文研究员等人，建立了一种新的快速高效的成对sgRNA的Cas9双元表达载体的构建策略，研究论文发表于Plant Biotechnology Journal。猕猴桃为我国特有的雌雄异株多年生果树，因其丰富的营养价值和独特的风味而成为全球性重要的新兴水果。猕猴桃中PTG/Cas9系统的靶标突变效率相比传统的CRISPR/Cas9系统高出近10倍。实验设计的两种系统均能成功地诱导由G418抗性愈伤组织再生的猕猴桃幼苗白化表型。该研究在猕猴桃中建立了多重高效的PTG/Cas9基因组编辑系统，研究结果为在其他植物或作物中进行基因组编辑效率的优化提供了借鉴和指导。

小麦多倍体研究进展

    中国农业大学农学院小麦研究中心辛明明等人与西北农林科技大学等合作，将小麦多倍体研究最新成果发表于The Plant Cell。研究利用转录组测序，从全基因组水平上分析了二倍体小麦、四倍体小麦和六倍体小麦不同发育时期胚乳印迹基因数目、种类及其功能类别，提出了母本印迹基因主要参与了营养的代谢而父本印迹基因参与基因转录调控。发现了约50%的印迹基因在小麦多倍体形成过程中表达模式具有保守性。同时，小麦多倍体形成过程中，可能由于亚组基因的互作影响了亲本等位基因的表达，使得部分同源基因之间的父母本等位基因表达发生分化，从而在多倍体小麦鉴定到更多的印迹基因。