人兽共患隐孢子虫宿主适应性演化研究

 

华南农业大学肖立华、冯耀宇与中国农业大学张子丁等合作，解析了世界各地人兽共患微小隐孢子虫的遗传特征、基因渗入部位、遗传重组机制及宿主适应性演化过程。相关成果发表于《分子生物学与进化》（Molecular Biology and Evolution）。微小隐孢子虫是常见寄生原虫，可引起人和家畜水样腹泻，严重影响人类健康和畜牧业发展，其中不同地理来源分离株具有宿主范围差异。研究证实伴随动物贸易的病原引进，可改变隐孢子虫的群体结构、宿主范围和人兽共患性，提示我国应该加强生物安全和隐孢子虫分子监测，以防止在集约化养殖发达的国家流行的Ⅱa亚型在我国涌现。

 

重新激活小麦基因组中沉默的抗病基因

 

中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇、赵玉胜等人合作，利用基因工程手段对小麦基因组中一个被转座子插入而沉默的抗病基因序列进行遗传操作，激活其在感病小麦品种中的表达，重新赋予其抗白粉病功能。相关成果发表于《植物生物技术杂志》（Plant Biotechnology Journal）。普通小麦是异源六倍体，经历了两次多倍化和驯化后，其遗传多样性与野生种相比大幅降低，优异基因及其等位基因遗传基础极其狭窄，极大限制了现代小麦育种中诸多性状的遗传改良。寻找小麦基因发掘新方法和提高遗传多样性的新途径，对于小麦遗传改良具有重要意义。这一研究为抵抗小麦白粉病提供了新的可应用基因资源。

 

现代玉米杂种优势群遗传演化的基因组学基础

 

中国农业科学院作物科学研究所玉米优异种质资源发掘与创新利用团队联合国内高校及科研机构共同研究，揭示了玉米父、母本杂种优势群趋同与趋异选择的遗传规律，解析了玉米基因组分化特征及其对杂种优势的贡献。相关成果发表于《自然·植物》（Nature Plants）。玉米单产水平的提升主要取决于父、母本杂种优势群的持续改良和配组方式的优化。然而，现代育种过程中父、母本杂种优势群的遗传改良规律及其基因组学基础尚不清楚。此项研究收集整理了1604份国内外不同育种时期、不同杂种优势群的代表性玉米自交系，开展了玉米杂交种父、母本群的遗传改良、强优势杂交种的选育及全基因组选择育种技术的开发。

 

民猪肠道微生物资源挖掘和利用研究

 

东北农业大学动物科学技术学院石宝明教授团队开展了宿主-微生物相互作用介导的猪对炎症性肠病的抵抗研究。相关成果发表于《微生物组》（Microbiome）。民猪作为黑龙江省地方宝藏猪种，具有优良的抗病能力、抗寒能力和耐粗饲等特点，其独特的免疫表型和差异化的肠道微生物结构功能为研究肠道微生物与宿主抗病表型的调节机制提供了理想的比较学模型。文章整合微生物组、代谢组及转录组学及系列验证试验，系统性解析宿主-微生物互作对抗病表型的促进机制，表明宿主-微生物互作通过保持相关受体不激活，维持机体免疫耐受模式以及恢复肠道屏障功能以促进抗病性。

 

根系与共生真菌驱动小麦氮素利用效率的生育期互补机制研究

 

南京农业大学农学院杨海水教授与国内外科学家合作，发现氮高效小麦品种吸收和转化氮素新机制。相关成果发表于《新植物学家》（New Phytologist）。提高氮素利用效率（NUE）以降低氮素投入而改善农业环境并节约生产成本是实现小麦可持续生产的主要目标。研究表明，根系和丛枝菌根真菌（AMF）在驱动小麦NUE方面表现出生育期互补现象（Temporal complementarity）。小麦花前氮素吸收效率主要依赖根系功能性状，而花前吸收氮素转化形成籽粒生物量的效率（EN,g）受AMF的强烈影响。高EN,g小麦品种依赖AMF在花后吸磷而可能提高灌浆期光合碳同化效率且提高花前吸收氮素的籽粒生物量转化效率，增加产量。

 

小麦赤霉病菌多样性及毒素累积研究

 

西北农林科技大学胡小平等人揭示了我国主要麦区内单个发病麦穗上镰刀菌种群的多样性，并进一步分析发病麦穗上镰刀菌的多样性与毒素积累之间的关系。相关成果发表于《分子生态学》（Molecular Ecology）。小麦赤霉病是世界各国麦区广泛发生的毁灭性病害，在我国黄淮麦区及长江中下游麦区发生最为严重。小麦赤霉病是由多种镰刀菌引起的病害，单个发病麦穗上镰刀菌的多样性及其与毒素积累间的关系尚未得到解析。研究发现，随着发病麦穗上镰刀菌种类的多样性增加，DON、15Ac-DON和ZEN毒素的含量显著降低，但NIV毒素含量明显增加，病穗上镰刀菌的多样性对不同毒素的积累具有显著的影响。

 

首个植物E3泛素连接酶文库

 

中国农业科学院植物保护研究所创制首个植物E3泛素连接酶文库并揭示水稻抗稻瘟病新机制。相关成果发表于《基因组生物学》（Genome Biology）。泛素化修饰是真核生物体内最重要的蛋白翻译后修饰之一，在蛋白降解、转录调控和信号转导等多个细胞学过程中发挥着关键作用。研究从1515个水稻E3泛素连接酶基因中获得1499个E3泛素连接酶的全长编码序列，并以此创制了均一化的酵母文库（UbE3文库），可以高效鉴定已报道的和新的E3泛素连接酶。研究发现，E3泛素连接酶OsFBK16与水稻多个苯丙氨酶家族成员相互作用，促进其降解，并证明OsFBK16通过降解苯丙氨酶蛋白降低了水稻对稻瘟病的抗性。

 

生菜结球的奥秘研究

 

华中农业大学匡汉晖研究团队克隆了控制生菜结球的新基因LsSAW1，发现其可以下调近轴基因和上调远轴基因以促进生菜结球发育。相关成果发表于《植物细胞》（The Plant Cell）。研究人员通过解析近轴与远轴部的差异基因发现，LsSAW1下调了近轴基因，上调了远轴基因，从而促进了生菜叶球的发育；LsSAW1的同源基因LsSAW2在LsSAW1背景下过表达同样可以导致生菜不结球，但由于LsSAW2表达水平过低，无法发挥冗余作用；对488份生菜野生祖先进行重测序发现，没有材料在LsSAW1中有碱基的缺失，但在21个现代品种中出现了这种突变，表明LsSAW1突变是人类驯化（好吃）的结果，体现出突变对生菜育种及叶球发育的重要性。

 

交通噪声对儿童情绪行为问题发生的影响

 

中山大学公共卫生学院陈亚军教授团队联合智能工程学院蔡铭教授团队揭示了交通噪声和中国学龄儿童情绪行为问题发生的关系。相关成果发表于《全环境科学》（Science of the Total Environment）。环境噪声现被认为是仅次于空气污染的第二大环境危险因素。其中，交通噪声作为大城市主要噪声来源，正影响着城市居民的生活和健康。文章利用广州市学生健康队列2017年1—6月完成的基线数据，纳入3236名7～13岁儿童作为研究对象。此项研究是基于学科交叉融合理念下的又一次尝试，为后续开展交通噪声与人群健康，特别是学校背景下的交通噪声暴露和学龄儿童身心健康的人群流行病学研究提供了新视角。

 

部分半月板异体移植可行性研究

 

北京大学第三医院运动医学科余家阔教授团队为半月板部分切除患者提供重建半月板结构和功能新方案。相关成果发表于《临床和转化医学》（Clinical and Translational Medicine）。文章对比格犬半月板切除40%后进行同种异体半月板部分移植，并与半月板全切除后的半月板完整移植及正常半月板进行比较。结果显示，通过促再生基因上调、促炎信号通路下调（NF-κB通路、T和B细胞受体通路）和抑制巨噬细胞、T细胞作用的免疫微环境调节，半月板部分移植可以比完整移植更好地重建半月板的组织结构、力学特征和对关节软骨的保护能力，为半月板部分切除患者提供了重建半月板结构和功能的新方案。

 

青年肠癌肠道菌群、代谢物及细菌酶基因特征

 

复旦大学附属肿瘤医院大肠外2科马延磊教授领衔一项最新研究，揭示发病年龄小于50岁的青年肠癌（早发性肠癌）与发病年龄大于50岁的老年肠癌（迟发性肠癌），在肠道菌群谱、代谢谱、细菌酶基因谱改变等方面存在显著差异。相关成果发表于《肠道》（Gut）。肠道微生物群是关系人体肠道健康与否的重要微环境。研究团队通过大样本队列，在全球首次描绘了中国青年肠癌患者肠道菌群谱和代谢物谱。青年肠癌多组学特征主要表现为一类致病菌的富集、红肉饮食相关细菌富集及色氨酸、胆汁酸和胆碱代谢的增加；由红肉饮食相关菌、胆碱代谢物和细菌胆碱代谢酶构成的反应途径激活可能是青年肠癌发病的潜在干预靶点。

 

化学介导人工神经元

 

南京医科大学胡本慧教授与合作者开展了神经递质感知控释的人工神经元研究。相关成果发表于《自然·电子学》（Nature Electronics）。目前脑机界面信号的传输主要依赖电生理信号，然而在生物体内，神经元之间的交互依赖神经递质作为信使分子。因此，现有脑机接口与神经元进行直接交互时，界面处势必存在信号模态不匹配的问题。工作发展了一种化学型脑机接口：构建了神经递质感知控释的人工突触，使其与生物神经元具备同样的信使模态，可以复刻生物体化学突触双向交互的功能，为下一代生物接口提供新的策略；下一步将建立一个化学介导的神经元网络来完成复杂的生命活动及多模态信息即时识别。

 

发现T细胞恶性肿瘤CAR-T治疗的新靶点

 

上海交通大学盛毓绶细胞与免疫学研究中心杨选明团队提出T细胞受体（TCR）的Vβ亚型可以作为CAR-T治疗T细胞肿瘤靶点的新思路。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。CAR-T疗法通过工程化改造T细胞，使其获得靶向识别抗原并精准杀伤肿瘤的能力。CAR-T已经获批用于临床治疗B细胞肿瘤和骨髓瘤，但是目前尚无针对T细胞肿瘤的CAR-T疗法获批。这主要是由于缺乏T细胞肿瘤特异性抗原，无区别地杀伤正常T细胞和肿瘤T细胞会导致T细胞缺失综合征，导致患者严重的免疫缺陷。新研究发现在免疫健全小鼠模型，部分删除TCR Vβ的细胞，小鼠仍保留较正常的体液免疫和细胞免疫。

 

复合剥夺指数影响精神疾病患病风险：一项系统综述和综合分析

 

西安交通大学公共卫生学院张峰与合作者开展了社会环境因素与精神健康关系研究。相关成果发表于《神经科学和生物行为评论》（Neuroscience & Biobehavioral Reviews）。基于英国生物银行（UK Biobank）公共数据，研究人员采用模型分析了复合剥夺指数（IMD）与3种常见精神疾病的相关性；发现较高的IMD与双相情感障碍、抑郁症和焦虑症的患病风险升高显著相关；为进一步探索社会经济环境影响精神健康的生物学机制，以IMD剥夺指数作为环境暴露因素，进行全基因组环境-基因交互作用研究。结果显示社会经济劣势与DAB1、GTDC1、CDH4等多个基因存在显著的环境-基因交互作用，影响双相情感障碍、抑郁症和焦虑症的患病风险。

 

帕金森病与帕金森叠加综合征研究进展

 

南方医科大学珠江医院王青教授团队建立了一个观察性队列研究，发现在帕金森病患者中，定量脑电图（QEEG）指标与血清炎症及代谢指标存在相关性；血清炎症及代谢指标与帕金森病痴呆（PDD）严重程度相关。相关成果发表于《E临床医学》（EClinicalMedicine）。帕金森病是一种常见的老年神经系统退行性疾病。研究结果表明，外周神经炎症、代谢指标可能参与PDD和脑电图减慢的机制；QEEG指标与炎症、代谢指标相结合可能是评估PDD的有效手段之一。在未来进行相关临床试验中，将进一步研究QEEG与PDD患者的神经炎症和其他代谢标志物的相关性。

 

颅内动脉狭窄的血管内治疗的新证据

 

首都医科大学宣武医院神经外科焦力群教授团队领衔，联合中国8家医院共同开展的多中心、随机对照临床试验——CASSISS研究结果发布。相关文章发表于《美国医学会杂志》（JAMA）。历时10年的CASSISS研究对比了支架联合药物治疗和单纯药物治疗对症状性颅内动脉狭窄患者卒中和死亡的影响，结果显示，对于症状性、重度颅内动脉狭窄的患者，支架联合药物治疗在预防卒中或死亡方面，不亚于单纯药物治疗，从而在国际上为颅内动脉狭窄的血管内治疗提供了新的医学证据。研究结果建议，血管内治疗应在症状出现3周之后进行。

 

曲面上组装复杂三维结构及电子器件的新方法

 

清华大学航天航空学院张一慧教授课题组提出了一种力学引导的逐级三维组装策略，使得平面薄膜或器件可以在众多三维曲面上变形为复杂的三维结构或器件，包括规则曲面（如半球面、圆柱面、螺旋面和双曲面）和仿生曲面（如缠绕的藤蔓、人脸、类大脑、主动脉和心脏等）。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。在摩擦力传感、微型机器人可控运动、宽视场光学成像和流速测量等众多领域，基于三维立体结构的微电子和光电子器件具有不可或缺的作用。研究者通过理论分析、有限元仿真和实验对逐级组装策略的有效性进行了验证，在十余种不同曲面基底上设计制造了几十种具有不同几何构型的三维结构。

 

实现基于里德堡超原子的多光子纠缠

 

中国科学技术大学潘建伟、包小辉等科学家将里德堡相互作用与高效单光子接口技术相结合，成功制备基于里德堡超原子的多光子纠缠，为单向量子中继等应用奠定基础。相关成果发表于《自然·光子学》（Nature Photonics）。多光子纠缠在量子计算、量子通信及量子精密测量中有重要应用。原子系综是量子存储的重要物理体系，通过引入里德堡相互作用，原子系综变为一个超原子，使得确定性的量子态操控成为可能。里德堡超原子同时具有单原子体系与原子系综体系的双重优点，在光子接口、纠缠制备等方面具有优势。研究结果为后续生成更多光子纠缠并应用于单向量子中继及单向量子计算等任务奠定了基础。

 

新型能动量匹配范德华异质结红外探测器研究

 

中国科学院上海技术物理研究所胡伟达、苗金水团队与北京大学彭海琳团队合作，提出将动量匹配和能带匹配（能动量匹配）的范德华异质结应用于红外探测。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。窄禁带二维半导体具有层间范德华力任意堆叠成异质结构、无表面悬挂键、暗电流极易被外场操控等优点，为研制室温、高灵敏红外探测器提供了新机遇。然而，二维半导体原子级薄层特性限制了其高量子效率红外探测器的应用。此项研究创新性地将新型能动量匹配范德华异质结应用于红外探测器技术。结果表明，这一器件设计可显著提高二维材料红外探测器量子效率，为研制高量子效率红外探测器提供了新方法。

 

强激光和物质相互作用研究进展

 

中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心光物理重点实验室李玉同与合作者证实，对于未来的100PW超强激光与固体靶相互作用，极化正电子将普遍存在。相关成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。正电子和电子的极化可归结为它们产生和脱离激光作用区域时感受到了非对称的激光场。激光场在入射时是对称的，但是由于激光场在高密度靶前表面的等离子体趋肤层附近被强烈地吸收和反射，同时正电子和电子可以自由地通过此趋肤层。因而，正电子和电子只经历部分的激光场就进入高密等离子体内，这导致它们在趋肤层附近经历高度不对称的亚周期激光场，从而获得具有角度依赖的自旋极化。

 

具有任意初始状态的热弹性本构关系研究

 

中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室赵亚溥研究团队基于理性力学和黎曼几何，提出了具有任意初始状态的热弹性本构关系。相关成果发表于《国际工程科学杂志》（International Journal of Engineering Science）。初始应力广泛存在于各种固体材料，诸如干酪根的熟化与热解、生物组织的非均匀生长、金属材料的相变、工件的表面改性、土木工程结构的预制，甚至地质运动等。初始应力对固体材料的力学行为产生着重要影响，可维持材料内部的力学平衡，影响生物组织的生长和形貌及在蒸发过程中诱导屈曲等。研究结果体现了本构关系的自洽性，在非等温情况下，新提出的本构关系填补了领域理论空白。

 

光学微腔中的耗散型光声相互作用

 

北京大学纳光电子前沿科学中心肖云峰、龚旗煌在超高灵敏声波传感研究中取得新进展。相关成果发表于《物理评论快报》（Physical Review Letters）。微腔体系中的光声相互作用是诸多前沿与应用科学的物理基础，在量子光力学、精密测量、信息通信和光声成像等领域都具有重要意义。科学家在光学微腔-悬臂梁微光纤耦合体系中构建了一种耗散型光声相互作用，这种耗散型机制对声波的响应比传统色散型机制提高两个数量级，且具有宽频响应特性。将耗散型机制实际用于超高灵敏声波传感，探测极限在140kHz达到0.81Pa，揭示了其传感灵敏度具有不显著依赖光学模式品质因子及光学微腔材料的独特优势。

 

基于二维半导体的619像素机器视觉增强芯片

 

复旦大学周鹏和包文中团队利用晶圆级二维原子晶体硫化钼成功制备了大规模机器视觉增强芯片。相关成果发表于《科学进展》（Science Advances）。机器视觉广泛应用于工业制造、自动驾驶、医学成像及民用安防等场景。新型二维原子晶体具有原子层厚度、表面无悬挂键、易于集成等特性。此项工作是迄今为止国际上最大集成规模的新型晶圆级二维半导体机器视觉增强芯片，在单片上集成了619个光电“感算一体”像素单元。其中，数模转换器模块可以对任一像素进行动态控制，从而准确调整每个成像单元的光电流，降低外围电路设计复杂度与数据处理的难度，并同时实现成像增强和降噪功能。

 

环保溶剂制备的高性能室内有机光伏模组应用于各类应用场景

 

武汉大学高等研究院研究员闵杰课题组在绿色、高效室内有机光伏体系构建及室内光伏应用领域取得新进展。相关成果发表于《焦耳》（Joule）。随着物联网（IoT）生态系统的兴起，数百亿独立的、低功耗的室内电子设备需要大量的离网电源。目前，IoT设备主要由传统的化学电池和商业电力驱动。然而，这类能源需要经常更换或定期维护，使用方式相对烦琐且不环保。室内有机光伏（IOPVs）因其高消光系数、带隙可调性及良好的室内低光强度匹配性，可作为一种将室内光转换为电能的装置，成为IoT生态系统中一种理想的绿色能源。这些工作表明所设计的三元光伏系统在室内多功能集成应用中具有巨大的潜力。

（本栏目责编：黄雪霜）