拟南芥RNA核糖甲基化修饰研究

 

中国科学院生物物理研究所叶克穷课题组、北京大学现代农学院王玉秋博士和中国科学院遗传与发育研究所李家洋课题组合作，系统检测了模式植物拟南芥中多种RNA上的2'氧甲基化修饰谱，并对指导修饰的snoRNA进行了归属。相关成果发表于Nucleic Acids Research。研究者在snRNA上发现了19个修饰位点，其中13个位点在人源snRNA也保守分布。线粒体rRNA和叶绿体rRNA上各含有5个几乎相同的修饰位点，其中2个为新发现的位点，它们分布在核糖体大亚基和小亚基的结合界面。论文还分析了C/D snoRNP突变体中修饰的变化，揭示了拟南芥3种类型rRNA和snRNA上的2'氧甲基化修饰谱。

 

植物防止多精入卵的新机制

 

武汉大学生命科学学院孙蒙祥教授课题组揭示了植物受精奥秘。相关成果发表于Nature。在受精前，ECS1和ECS2主要分布在卵细胞内，而当精细胞与卵细胞融合后，ECS1和ECS2则迅速分泌在卵细胞周围，降解其附属细胞（助细胞）分泌的花粉管吸引信号Lure，从而阻止输送更多精子的花粉管进入胚囊，避免受精卵再度与精子融合。文章同时揭示了卵细胞可以感知受精成功，只有在受精成功时卵细胞才会释放ECS，阻止多余花粉管进入，进而明确了为什么在受精不成功情况下花粉管仍可以进入胚囊，而受精成功后又可迅速阻止多余精细胞进入胚囊。

 

油菜素内酯在种子向幼苗发育转型过程中抑制种子成熟程序

 

中山大学生命科学学院李陈龙教授课题组发现BR能够抑制种子成熟程序在幼苗中的表达。相关成果发表于Plant Physiology。油菜素甾醇（Brassinosteroids，BRs）是一类植物中的类固醇激素。通过BR合成抑制剂BRZ（brassinazole）处理WT、val1-2和val2-1突变体，发现val1-2突变体幼苗出现胚性特征。种子成熟基因在BRZ处理后的val1-2突变体幼苗中大量异位表达。遗传分析表明，在val1-2背景中敲除BR合成通路的关键酶DET2或BR信号通路中关键受体BRI1后，这两种双突变体幼苗中均出现了胚性苗的表型，且种子成熟基因大量异位表达。BR通路和VAL1途径协同在调控种子到幼苗发育转型中起到重要作用。

 

古菌与病毒互作研究进展

 

山东大学微生物技术国家重点实验室申玉龙课题组与法国巴斯德研究所古菌病毒研究中心Mart Krupovic课题组合作，研究古菌病毒与宿主的相互作用关系。相关成果发表于PNAS。论文以嗜酸热古菌冰岛硫化叶菌（Sulfolobus islandicus）REY15A和非裂解性纺锤状病毒STSV2（Sulfolobus tengchongensis spindle-shaped virus 2）为材料，研究古菌病毒对宿主细胞分裂和细胞周期的影响，以及宿主在细胞水平上如何获取CRISPR免疫能力。结果表明，双尾病毒家族具备操纵宿主细胞周期以服务于病毒增殖的能力。硫化叶菌利用大细胞提供的空间获取CRISPR-Cas免疫能力，而CRISPR-Cas系统是S. islandicus细胞对抗STSV2的主要防御机制。

 

 

转录起始复合物识别启动子及动态组装的分子机制

 

复旦大学生物医学研究院徐彦辉课题组揭示了转录前起始复合物识别启动子及动态组装机制。相关成果发表于Science。以人类为代表的高等生物，进化出复杂的基因表达调控机制，利用同一套基因组遗传信息，分化出数百种不同的细胞类型，以适应对复杂生长发育过程的需要。转录起始过程发生在几万种不同基因的高度多样化的启动子区。围绕启动子区转录起始过程的调控，是细胞体系内最为核心的生命过程之一。该研究报道了包含TFIID的完整转录前起始复合物（PIC）结构，揭示了PIC如何识别不同类型启动子并完成多步组装的完整动态过程，为后续研究基因表达调控奠定了理论基础。

 

利用纳米技术克服肿瘤耐药性的尝试

 

天津大学生命科学学院常津教授团队通过利用细胞产生耐药性时增加的细胞内缺氧来对抗肿瘤耐药性。相关成果发表于Science Advances。用顺铂治疗的各种癌症几乎都会产生耐药性，而这往往是由大量的DNA修复引起的，因此迫切需要寻找出顺铂耐药癌症的后天漏洞。文章构建了一种缺氧扩增DNA修复-抑制脂质体纳米药物（简称为HYDRI NM），该药物由铂（IV）前药作为构建基元，葡萄糖氧化酶（GOx）和缺氧激活的替拉帕明（TPZ）作为有效载荷配制而成。在临床相关模型的研究中，包括患者源性类器官和患者源性异种移植瘤，HYDRI NM均能够有效抑制顺铂耐药肿瘤的生长。

 

miR-218-2调节海马认知功能及其机制

 

清华大学生命学院姚骏课题组开展miR-218-2通过C3依赖的方式调节海马体认知功能的研究。相关成果发表于PNAS。miR-218作为一个在中枢神经系统中广泛表达的miRNA，被发现在阿尔茨海默病、精神分裂症和抑郁症等多种神经退行性疾病和神经精神疾病中出现表达异常。miR-218-2基因在小鼠海马中通过靶基因C3调节神经元的形态和突触囊泡的转运与释放，进而影响神经元的突触可逆性和LTP的发生，最终影响小鼠的认知功能。该研究揭示了神经退行性疾病和神经精神疾病可能通过共通的miR-218相关机制产生认知障碍，为后续的疾病认知缺陷的治疗提供了新思路。

 

锰盐（MnJ）的优良佐剂效果及其作用机制

 

北京大学生命科学学院蒋争凡等与合作者报道了一种既是免疫激活剂，又是递送系统的纳米锰佐剂（MnJ）。相关成果发表于Cellular & Molecular Immunology。该新佐剂既能高效激活细胞免疫并促进体液免疫，也能激活黏膜免疫反应并诱导分泌型IgA产生，用做黏膜免疫佐剂。锰佐剂对几乎所测试的所有种类抗原都有效，能显著提高灭活疫苗的效果，可以将灭活病毒的浓度减少到1/100还能达到完全保护的效果。对于易突变的病毒，免疫单联疫苗也能达到交叉保护的效果。锰佐剂制备的肿瘤疫苗能显著抑制肿瘤的生长和转移，并促进瘤内活化的NK细胞和CD8+T细胞的浸润。

 

 

200公里单光子三维成像

 

中国科学技术大学潘建伟、徐飞虎等实现超过200公里的远距离单光子三维成像，将成像距离从10公里突破到百公里量级，在远距离目标识别、对地观测等领域开辟了新应用。相关成果发表于Optica。如何实现远距离单光子成像雷达是该领域的研究热点。研究团队搭建了全新的单光子雷达系统，并对整套光学系统进行光学镀膜（系统透过率提高2倍）等。基于此单光子雷达系统，研究人员于2020年1月在新疆的高山上对百公里外的多个目标进行三维成像，并测试了单光子计算成像算法，结果显示该系统可以在200公里范围内进行精确的三维成像，成像灵敏度达到单像素单光子。

 

拓扑光子学研究进展

 

南开大学物理科学学院、泰达应用物理研究院陈志刚、许京军等与国际同行建立了一个非线性非厄米拓扑光子学平台，实现了利用非线性在光学体系对宇称时间对称性和非厄米拓扑态的调控。相关成果发表于Science。研究人员利用自主研发的连续激光直写技术，在非线性晶体中制备了非厄米拓扑光子晶格，实现了非线性对宇称时间对称性与非厄米拓扑态的调控，理论上揭示了非线性效应对非厄米体系中奇异点的影响，以及拓扑态接近奇异点时敏感性和鲁棒性的拮抗效应。结果预示，局部非线性效应可以影响和改变系统的整体PT对称性，可以引起拓扑态的产生和消失，以及对非厄米奇异点的动态调控。

 

基于轴向单分子定位成像研制新型干涉定位显微镜

 

中国科学院生物物理研究所徐涛院士课题组与纪伟课题组提出了一种轴向单分子定位成像新技术，并据此研制出新型干涉定位显微镜（ROSE-Z），把单分子定位成像的轴向分辨率提升到了纳米尺度。相关成果发表于Nature Methods。ROSE-Z显微镜成功实现了对细胞内微管直径约40～50nm中空结构的解析。这种三维解析能力是现有柱面镜成像方法所无法实现的。同时团队在ROSE-Z显微镜的基础上扩展了多色成像，以及厚样品成像功能，对细胞样品进行了纳米精度三维双色成像，并验证了细胞厚样品成像能力。这些结果证明该方法在具备优异的轴向分辨率的同时，也具备很高的可扩展性及操作便捷性。

 

可重构矩形光学滤波器研究

 

中国科学院上海光学精密机械研究所空间信息传输与探测技术重点实验室应康等基于高精度光栅局域温度控制技术，成功实现滤波带宽、中心波长可调的矩形光学滤波器研制。相关成果发表于Optics Express。随着微波光子信道化领域的迅速发展，高性能光学滤波器广泛应用于载波激光的精细化信道选择，其中滤波器的性能直接决定了系统的信噪比和最大通信容量。通过高精度光栅局域温度的控制和调谐，实现光纤光栅栅区局域相移的精细调控，最终基于多相移光纤光栅矩形滤波响应，实现了窄带宽矩形光学滤波器的研制；并通过局域相移位置和相移位置的精细调谐，实现了滤波器带宽70MHz-1050MHz、中心波长22GHz范围的调谐。

 

植物可穿戴茎流传感器

 

浙江大学生物系统工程与食品科学学院IBE团队刘湘江、应义斌，信息与电子工程学院汪小知和农业与生物技术学院胡仲远，为植物联合发明一款穿戴式“电子皮肤”。相关成果发表于Advanced Science。这种植物可穿戴茎流传感器，通过将柔性穿戴电子技术应用到植物体表，成功在自然生长状态下，持续监测草本植物体内水分的动态传输和分配过程。科研人员在西瓜茎秆上几个关键位点部署了茎流传感器，长期无损地观察了水分在西瓜叶片、果实、茎秆等不同器官上的动态分配情况。通过对茎流数据的分析，研究团队首次发现了西瓜果实生长与光合作用不同步的现象。

 

微纳电子高端芯片研究进展

 

北京大学黄如院士-叶乐副教授课题组与浙江省北大信息技术高等研究院、浙江大学、上海芯翼信息科技有限公司合作，研发了一款基于异步脉冲特征提取和卷积神经网络的148nW通用事件驱动AIoT智能唤醒芯片。相关成果发表于国际固态电路峰会ISSCC。面向智能物联网（AIoT）对低功耗唤醒芯片的迫切需求，研究人员研制了一颗国际上功耗最低的通用型AIoT唤醒芯片，长时待命（on-call waiting for events）功耗仅148nW，可供5mm纽扣电池（2mAh）使用5年，芯片演示应用结果显示，语音关键词识别率达94%、异常心电图识别率达99%。

 

摩擦纳米发电理论研究进展

 

上海交通大学电子信息与电气工程学院微纳电子学系杨卓青研究员团队与中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士团队合作，把摩擦纳米发电理论延伸到有磁性的材料中。相关成果发表于Advanced Energy Materials。研究表明，除了极化效应，磁化效应也可以对摩擦纳米发电机的输出产生重要影响，这是从摩擦纳米发电机诞生以来，首次发现磁效应对其输出特性的贡献。论文还在实验上研制了基于铁磁介质的单电极TENG，表明基于铁磁电极TENG的电学输出要明显高于基于非铁磁电极TENG。研究结果表明TENG的输出行为与外部磁场环境密切相关，从而进一步验证了所提出的TENG相关理论分析。

 

原位电镜技术成像发现NaCl成核结晶的非经典路径

 

中国科学院物理研究所王立芬、白雪冬，剑桥大学Stephen Cox，北京大学刘磊等合作，揭示了衬底的范德瓦尔斯外延作用作为一种非经典成核结晶动力学调控因素已经拓宽到盐类结晶，并为形貌调控、发现新型暂稳相、非稳相等提供了新的思路。相关成果发表于Physical Review Letters。基于原位电镜石墨烯液相反应池技术，结合第一性原理计算和分子动力学模拟，原位观察到NaCl在石墨烯纳米微腔中有别于传统认知的微观成核结晶路径。在透射电镜中原位观察NaCl成核结晶的原子过程中发现，有别于以往常见的立方晶粒，六角形貌的NaCl晶粒在石墨烯囊泡中结晶存在“经典”的一步成核和“非经典”的两步成核路径。