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科技名刊精选

来源:  发布时间:2020-11-20

农林植被
花瓣平行丢失的分子机制研究进展
  中国科学院植物研究所孔宏智研究组以所有九个无花瓣分支的代表物种为材料,通过转录组、分子进化、比较形态学和功能研究,系统探究了毛茛科中花瓣平行丢失的分子机制。相关论文发表于The Plant Journal。花瓣是被子植物吸引传粉者的重要媒介,在形态和结构等方面呈现出丰富的多样性。研究结果表明,毛茛科大多数无花瓣分支中花瓣的丢失可能是由AG1的表达外扩造成的,而AP3-3的丢失、沉默和表达下调可能是结果。该研究有助于认识毛茛科植物花瓣平行丢失的分子机制,也为理解被子植物其他类群中的花瓣丢失问题提供了新思路。
  
氮添加影响亚热带森林生态系统林下植物叶片功能性状及土壤碳动态
  中国科学院华南植物园生态中心环境生态学研究组以亚热带森林生态系统林下优势物种(草本和灌木)和土壤为研究对象,依托石门台林冠和林下氮添加实验平台,对比研究2种氮添加方式和2个氮添加水平处理下,林下优势种植被叶片重要功能性状和与土壤有机碳相关过程的影响。相关成果分别发表于Journal of Ecology和Journal of Soils and Sediments。与自然大气氮沉降相比,林下氮添加实验有可能高估了大气氮沉降对森林生态系统林下植物功能性状和土壤有机碳相关过程的影响。长期林下、林冠氮添加实验将为评估亚热带森林生态系统功能和过程对大气氮沉降的响应提供更直观的证据。
  
热带季节雨林密度制约效应研究进展
   中国科学院西双版纳热带植物园杨洁、宋晓阳等与合作者研究密度制约效应与环境的相互作用,以及对热带森林树种多样性维持的影响。相关论文发表于Oecologia。研究团队通过分析西双版纳热带森林20公顷样地10年的幼苗调查数据,结合地形数据进行进一步的研究,通过分析发现,旱季同种负密度制约效应在各个生境的效应没有显著性差异,而雨季,同种负密度制约效应在沟谷要显著强于山脊。并且,树种幼苗多样性也表现出沟谷高于山脊这一特点。该阶段性成果表明,雨季的负密度制约效应在地形上的变化能够解释部分树种多样性格局的成因。
  
番茄避阴反应调控机制研究进展
  中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究组翟庆哲等揭示番茄Mediator亚基MED25与PIF4互作调控避阴反应的转录调控机理。相关论文发表于Plant Physiology。密植栽培是提高作物单位面积产量的有效途径。研究发现番茄PIF4蛋白通过调控生长素合成和信号转导相关基因的表达,在遮阴诱导的下胚轴伸长中发挥重要作用。在此过程中,Mediator亚基MED25通过与PIF4直接互作,将RNA聚合酶II招募到PIF4靶标启动子区,激活下游基因表达。因此,MED25作为沟通PIF4和RNA聚合酶II通用转录机器之间相互交流的桥梁,调节遮阴诱导的下胚轴伸长。
  
龙胆族叶绿体基因组进化和系统学研究进展
  中国科学院武汉植物园系统与进化课题组王恒昌等利用系统基因组学揭示了龙胆族内系统发育关系。相关论文发表于BMC Plant Biology。龙胆族包含龙胆亚族和獐牙菜亚族,大多数物种生长在青藏高原高山草甸及流石滩,包含许多著名的高山花卉和药用植物,如龙胆、獐牙菜、秦艽、扁蕾等,是理解高山植物演化和适应性的良好类群。比较分析表明,核糖体蛋白基因和RNA聚合酶基因在龙胆族叶绿体基因中具有较高的替代率和遗传变异;参与光合作用的编码基因较为保守。rpoC2基因具有较高系统发育信息性,可用作龙胆族分类学研究的条形码。此外,龙胆族叶绿体蛋白编码基因组都经历着纯化选择。
  
揭示PSL1在调节细胞结构和水分关系方面的作用机理
  中国水稻研究所水稻生物学国家重点实验室钱前院士团队与合作者揭示了PSL1具有多聚半乳糖醛酸酶作用,可调节水稻细胞壁生物合成、植物发育及耐旱性。相关论文发表于New Phytologist。研究人员从光敏卷叶突变体中克隆并鉴定出一个半乳糖醛酸酶(一种果胶降解酶)的编码基因PSL1,该基因突变后导致水稻根部和叶片组织中的细胞壁增厚,泡状细胞比例增加,直接导致叶片在低湿度和高光环境下发生超敏卷曲,从而提高耐旱性。该研究揭示了PSL1在调节细胞结构和水分关系方面的作用机理,解释了水稻“午睡”现象。该研究为抗旱育种工作提供了重要的理论依据。
  
植物干细胞命运决定新机制
  中国科学院遗传与发育生物学研究所李传友研究组与中国农业大学合作,发现动植物中保守的LIM-domain binding(LDB)家族转录调控因子SEUSS(SEU)调控干细胞组织中心的命运决定。相关论文发表于The EMBO Journal。固着生长的高等植物能够不断调整器官发生和发育进程,从而适应复杂多变的环境条件。研究发现,SEU作用于SHR/SCR通路正向调控WOX5表达和干细胞组织中心的建立。SEU作为支架蛋白整合核心转录因子与表观遗传因子的功能,形成SCR-SEU-SDG4转录复合体,从而精确调控WOX5的时空特异表达和决定干细胞组织中心的命运。
  
金丝楠木的“环状物种分化”研究进展
  中国科学院西双版纳热带植物园植物系统发育与保护生物学课题组李捷等探讨桢楠的遗传格局、遗传格局成因及其可采取的保护措施。相关论文发表于Ecology and Evolution。桢楠可明显分为两个组及两个亚组,即东、西一与西二亚组。桢楠主要沿四川盆地四周分布,且遗传距离和环形地理距离正相关。研究人员基于群体遗传研究结果,提出首要采取就地保护的桢楠保护策略,对位于风水林的群体(青城山和邛崃)与林场的群体(铜梁、永川群体)需采取减少人为干扰的就地保护;结合物种分化历程推演,需采取迁地保护措施时,应尽可能提高群体(组)内的遗传多样性而避免东西两个群体(组)间的融合。
  
纳米科学
电荷自泵浦激励的蓝色能源器件研究
  中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士团队提出了电荷穿梭原理和基于电荷穿梭原理的摩擦纳米发电机。相关论文发表于Nature Communications。以CS-TENG为核心发电单元制备了高性能集成球形蓝色能源器件,应用于水波能收集。在低频水波激励下,该器件实现电荷的自泵浦激励,并由单泵浦TENG对多主TENG同时激励,实现了蓝色能源器件性能的新突破,且随着器件集成CS-TENG单元数量的提升,输出将会进一步提高。该研究还展示了器件在波浪驱动下,同时点亮600盏LED灯,并用于自驱动温度和气压检测,显示了该器件在蓝色能源等领域应用的巨大潜力。
  
超耐久性超长碳纳米管研究进展
  清华大学化工系魏飞教授、张如范副教授团队以实验形式研究了厘米级长度单根碳纳米管的超耐疲劳性能。相关论文发表于Science。研究团队设计搭建了一个非接触式声共振测试系统。该系统不仅避免了电子束导致的样品损伤,使得厘米长度的一维纳米材料的疲劳测试成为可能,同时解决了小尺寸样品在高周次循环载荷的施加问题。该碳纳米管展现出十分优异的耐疲劳性,优于目前已知的所有工程材料。与一般传统材料的疲劳损伤累积机制不同,其疲劳破坏呈现出整体破坏性,不存在损伤累积过程,初始缺陷的生成对碳纳米管的疲劳寿命起主导作用。此外,其耐疲劳性可受到温度影响,表现出随着温度升高而下降的特点。
  
聚集诱导发光纳米仿生机器人研究进展
  中国科学院深圳先进技术研究院生物医药与技术研究所纳米医疗技术研究中心蔡林涛研究员与合作者研发出一种基于聚集发光元件的AIE纳米仿生机器人系统,用于血脑屏障穿越及脑胶质瘤靶向诊疗。相关论文发表于ACS NANO。通过借鉴科幻电影《终结者》中终结者机器人T-800的设计理念,粤港两地研究人员合作开发以AIE聚合物材料为内骨骼,以自然杀伤细胞膜为外部皮肤的“终结者”纳米机器人系统。在跨越血脑屏障进入脑部区域后,纳米机器人可以利用NK细胞膜表面蛋白与肿瘤细胞膜表面受体的特异性识别,富集到脑胶质瘤细胞内。论文进一步从细胞水平和活体水平对纳米机器人的靶向能力进行了验证。
  
基于近红外稀土纳米晶/量子点双激发解码策略实现精准探温
  中国科学院福建物质结构研究所陈学元研究员团队提出了利用基于稀土纳米晶/量子点复合物探针的双激发解码策略来实现生物组织内精准温度探测。相关论文发表于Advanced Science。首先,利用核壳结构NaLuF4∶Nd3+, Gd3+@NaGdF4稀土纳米晶和PbS@CdS@ZnS量子点在两亲分子形成的胶束中,进行自组装来构建稀土纳米晶/量子点复合物微球。其次,利用Nd3+离子与量子点不同的光吸收特性,选用与808nm激光波长相近且共路的另一束830nm激光来单独激发出复合物中量子点的发光。最后,通过此种双激发策略将1057nm处重叠的发射信号进行分离,并计算其发射强度比值作为温敏参数。
  
面向智能仿生感知系统的柔性人工突触研究进展
  中国科学院苏州纳米所张珽研究团队使用氧化锌纳米线和海藻酸钠设计制备了一种具有光感知功能的柔性仿生突触晶体管。相关论文发表于Advanced Materials Technologies。视觉作为生物获取外界信息的重要感知系统,对生物活动具有重要意义。受到蜜蜂视觉系统的启发,该研究集成了视觉感知和信息处理的功能,器件同时对电信号和光信号刺激响应的特点,可以在电信号和光信号的共同作用下,实现短时突触可塑性与长时突触可塑性的转换。此外,通过对此突触晶体管器件的阵列化制备,实现了在不同电压下光信号记忆水平的调节,实现了对生物视觉感知功能的初步模拟。
  
单原子修饰的纳米反应器
  中国科学院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室二维材料化学与能源应用研究组研究员吴忠帅团队与有机-无机杂化材料研究组研究员杨启华团队合作,发展出一种单原子锌修饰的中空碳球纳米反应器。相关论文发表于Advanced Energy Materials。设计一种轻质量、高导电、高催化活性、优异亲锂位点、高机械强度的载体材料,同时能抑制多硫化物穿梭和金属锂枝晶的锂硫全电池,是目前突破锂硫电池应用瓶颈的一种有效方法。新设计的反应器可同时用做锂硫电池正极、负极的基体,提高对多硫化物的催化活性并抑制锂负极枝晶的生长,应用该反应器的高比能锂硫全电池具有高载量、高倍率、长循环的特性。
  
基于DNA纳米机器的肿瘤疫苗新进展
  中国科学院国家纳米科学中心丁宝全研究员课题组在DNA纳米机器用于精准化智能化肿瘤疫苗研究方向取得进展。相关成果发表于Nature Materials。利用DNA折纸技术,构建尺寸形状精准可控、同时搭载肿瘤抗原和多种佐剂的肿瘤疫苗体系,利用抗原特异性的免疫反应进行肿瘤免疫治疗。这种基于多种成分共同精准组装、刺激响应控制的DNA纳米机器在肿瘤疫苗体系的开发及个体化的肿瘤免疫治疗应用中显示了巨大潜力。同时,DNA纳米机器具有可程序化设计的特点,可以通过进一步设计优化用于病毒相关抗原及佐剂等功能成分的递送,有望为抗病毒疫苗的构建提供全新的平台。
  
生物全合成的自组装纳米疫苗新进展
  中国科学院过程工程所生化工程国家重点实验室生物剂型与生物材料团队马光辉研究员等与合作者采用生物全合成技术构建了一种自组装蛋白纳米颗粒,以此为“底盘”制备的多糖和多肽类纳米疫苗,在多种动物模型中均展现出良好的安全性和高效的免疫应答水平,显著增强了传染病预防和肿瘤治疗的效果。相关论文发表于Advanced Materials。该纳米疫苗底盘为生物合成的蛋白骨架,避免了外源性合成材料的引入,保证了疫苗使用的安全性。同时,采用融合表达或蛋白糖基化修饰策略,可轻松实现多肽、多糖等不同类型抗原在“底盘”上的高效负载,无须额外化学偶联过程。
  
  
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2024年10月

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