可实现电子编程微流体操控的纤毛超表面

 

《自然》封面：流体动力学。《自然》杂志第7911期封面文章报道了一种可通过电子控制的人造纤毛。纤毛是一种细丝状的突起，常被生物体用来控制微尺度上的液体流动。但事实证明，通过模拟这种结构及改造纤毛样系统实现普遍性应用一直很难。科学家们使用固定在表面的铂条，这些铂条每个长50微米、宽5微米、厚10纳米，一侧封有钛膜。向这些纤毛施加振幅约1伏的振荡电位，就能让暴露在外的铂表面获得和释放离子。这些离子产生的不对称力能生成一种拍打模式，从而以不同的流动几何特性抽排表面液体。

 

嵌合燕麦基因组研究

 

《自然》封面：谷物“开盒”。《自然》杂志第7912期封面文章报道了燕麦（A. sativa）及其近亲二倍体和四倍体的高质量参考基因组。拥有6套染色体的六倍体栽培燕麦（Avena sativa L.）演化历史相当复杂。通过分析这3个基因组，作者追溯了相关作物在演化历程中的基因组重组。他们绘制了决定重要农艺性状的基因，明确了与人类健康和营养有关联的基因家族。考虑到健康和可持续性已成为非常重要的全球性议题，研究团队希望这一新的研究资源能改善基因组学辅助育种和性状研究，以应对这类挑战及更多问题。

 

玻利维亚亚马孙地区前西班牙时期的低密度城市化

 

《自然》封面：一座土墩和堤道清晰可见的大型遗址。《自然》杂志第7913期封面文章报道了玻利维亚亚马孙地区发现新卡萨拉比定居点。卡萨拉比人在公元500—1400年曾居住在亚马孙流域的西南地区，但对这一文明的认识一直很有限，因为茂密的丛林覆盖了考古学遗迹。研究团队利用激光雷达扫描了整片森林，发现了两个大型定居点（各占地逾100公顷）和24处小型遗址，其中15个遗址是之前已知的。这些结果是亚马孙地区西部农业基础低密度城市的首批证据，证明了这一地区在前西班牙时期的人口密度没有之前认为的那么低。

 

被子植物适应高海拔的氧感知机制

 

《自然》封面：生长在厄瓜多尔钦博拉索的阿尔塔火山的高海拔植物。《自然》杂志第7914期封面文章报道了一种能帮助植物适应极端海拔的分子机制。极端海拔对大多数生命形式都是个挑战，有花植物也不例外。科学家研究了多种植物，代表了有花植物的4个演化支：拟南芥、番茄、罂粟、二穗短柄草。他们发现，植物能利用遗传适应调整对大气氧的感知，其氧分压随海拔升高而降低。通过解码环境氧水平，植物能感知自己生长的海拔，从而优化自身的生物化学过程。

 

微生物群的多样性

 

《科学》封面：人体内许多相互关联的微生物群落的概念插图。《科学》杂志第6596期专刊报道了这些微生物种群之间的交流对发育、健康和疾病具有系统性影响。健康的人体是丰富的细菌、病毒和真菌的家园，它们主要都是在出生后早期获得的。大部分微生物在肠道中，但不同的微生物群落存在于皮肤、口腔、鼻子、肺部和生殖道中。人类微生物群在维持体内平衡方面发挥着重要作用。不同微生物群落之间的相互作用可能会影响宿主的生理。如果微生物种群被抗生素或低纤维饮食破坏，那么病原体就会占上风，导致全身感染和炎症。

 

天空观察家

 

《科学》封面：一座10世纪的墨西哥玛雅建筑。《科学》杂志第6597期封面文章报道了历史上的玛雅人以天堂为生活的导向。今天，他们的后代和西方学者一起研究他们复杂的天文学。今年4月，考古学家宣布，他们已经破译了一份2300年前的铭文，上面刻有同样日历格式的日期，证明它在数千年前就被玛雅人使用过。玛雅人生活在墨西哥东南部和中美洲。在像这样的小村庄，玛雅历法在征服和几个世纪的迫害中一直在运行。现在的一些玛雅人希望通过合作帮助恢复他们的遗产，一些家族的成员开始在周围的社区寻找古老的天空知识的碎片。

 

构筑核孔复合体

 

《科学》封面：人体核孔复合体（NPC）的横断面图。《科学》杂志第6598期专刊报道了一个巨大的人类NPC的近乎原子的图像。这些研究包括生化重建、X射线晶体学、质谱学、诱变和细胞生物学；使用改良的冷冻电子断层扫描重建整个人体鼻咽癌；并利用人工智能来精确建模组件。有两项研究提高了单粒子冷冻电子显微镜的分辨率，使次级结构元素和脊椎动物鼻咽癌残留水平的细节可视化。论文揭示的分子组装丰富了人类对脊椎动物和人类NPC结构的理解，包括从核心支架到连接各个部分的连接蛋白，以及从核膜锚定到中央运输通道上方的细胞质丝。

 

一个新的北极熊种群

 

《科学》封面：格陵兰岛东南海岸的一种北极熊种群，尽管接触海冰的机会有限，但它们仍利用冰川冰生存。《科学》杂志第6599期封面文章报道了北极熊的一种新亚种。它们会利用冰川冰来替代海冰，从而活得更久。北极熊的生活环境随着气温的攀升而雪上加霜，它们主要依靠海冰生存，捕猎在海冰缝隙之间浮上来呼吸的海豹。对大部分北极熊来说，随着冰盖的融化，捕猎的机会正在消失。科学家证明了在格陵兰东南海岸，离群索居着一群未被记录过的北极熊亚种。那片区域对北极熊并不友好，因为长期以来那里都没有海冰。

 

强效镇痛药芬太尼和吗啡作用机理的结构基础

 

中国科学院上海药物研究所徐华强/庄友文团队、谢欣团队和王明伟团队等合作解析并报道了芬太尼、吗啡等阿片类镇痛药物分别激活μ型阿片受体（μOR）的高分辨率三维结构，首次揭示了芬太尼和吗啡识别并激活μOR的作用机制。相关成果发表于《细胞》（Cell）。文章结合多种细胞水平功能分析和分子动力学模拟等方法，阐明了芬太尼系列衍生物与药靶μOR相互作用的构效关系以及μOR介导阻遏蛋白（Arrestin）信号的关键结构基础等，系统地发掘和深化了对于μOR信号传导调控机理的理解和认识，为推动开发新型高效低毒的阿片类镇痛药物指明了方向。

 

无定型固体分散体制剂工作的新机制和设计原则

 

清华大学药学院钱锋课题组和德国拜耳制药公司的研发人员联合开展研究，发现防水的药物-聚合物相互作用有助于非洛地平无定型固体分散体在溶出过程中形成纳米物质。相关成果发表于《分子药剂学》（Molecular Pharmaceutics）。“防水”的药物-高分子相互作用是溶出过程中纳米物质形成的原因。这一研究在无定型固体分散体技术（Amorphous Solid Dispersion，ASD）制剂应用领域具有重要的应用：这一机制直接将纳米物质的形成与高分子的选择联系起来，提供了纳米物质产生的直接物理化学机理，还提出了一种设计ASD处方以优化药物溶出和口服生物利用度的潜在方法。

 

发现靶向PD-L1的CSR提升CAR-T细胞疗效的分子机制

 

中国科学院广州生物医药与健康研究院李鹏课题组开展了提升CAR-T细胞疗法的抗肿瘤活性研究。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。近年来，嵌合抗原受体T（CAR-T）细胞疗法在血液恶性肿瘤领域中取得了突破性的疗效，而其在实体肿瘤患者中的疗效仍不理想。实体肿瘤细胞表达PD-L1等抑制性分子，与CAR-T细胞表面PD-1结合，致使CAR-T细胞功能受到抑制，这是CAR-T细胞在实体肿瘤患者中疗效不佳的重要原因之一。因此，科研团队靶向设计了PD-L1的嵌合转换型受体（CSR）分子CARP，其不含CD3ζ链，因而CARP-T细胞不具有肿瘤杀伤活性。

 

KRAS-G4与小分子化合物结合研究

 

中国药科大学中药学院孔令义教授/王凯波研究员团队发现了DNA G－四链体结构（KRAS-G4）与天然产物小檗碱和黄连碱结合的复合物结构，为研发以KRAS-G4为靶点的小分子药物提供了重要的理论依据和物质基础。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。突变和过表达KRAS蛋白，引起癌细胞异常增殖、分化、迁移、存活和多药耐药性等问题，是抗癌药物研发的重要靶点和研究热点。研究发现，KRAS癌基因的启动子区域含有一段富含鸟嘌呤的DNA序列，在生理条件下，可以形成KRAS-G4。KRAS-G4对KRAS基因的表达具有调控作用，且可作为小分子化合物的作用靶点。

 

开发m6A单碱基定量测序检测方法

 

北京大学药学院化学生物学系和天然药物及仿生药物国家重点实验室王晶研究员课题组联合北京大学生命科学学院伊成器教授课题组展示了GLORI技术高灵敏度、高特异性的无偏好单碱基绝对定量检测m6A的特性，攻克了当下m6A定量测序技术的瓶颈。相关成果发表于《自然·生物技术》（Nature Biotechnology）。m6A指的是高等真核生物mRNA内部含量最丰富的修饰。研发团队将新开发的m6A检测技术命名为“GLORI”，突破了相关技术的局限性，首次实现了真正意义的高效率、高灵敏度、高特异性、无偏好单碱基m6A位点检测，并对m6A位点的修饰水平进行绝对定量。

 

烯胺酮的γ-C(sp3)-H官能团化研究

 

中国科学院昆明植物研究所研究员黎胜红专题组开展了非金属催化烯胺酮与杂环硫酚的区域选择性交叉偶联脱氢反应研究。相关成果发表于《有机化学通讯》（Organic Letters）。烯胺酮（Enaminones）是一类重要的功能性烯烃，因兼具烯胺的亲核性和烯酮的亲电性，常用于合成含氮单杂环类化合物。其作为潜在的药物合成中间体，也是许多药理活性化合物的重要构件。交叉脱氢偶联（Cross-Dehydrogenative-Coupling，CDC）反应是直接构建碳-碳键或碳-杂键的理想策略，这个策略无须预先官能团化且副产物只有氢气或水，具有合成简便、绿色环保等优点。文章系统报道了首次实现烯胺酮γ-C(sp3)-H键的直接官能团化的相关成果。

 

基于大脑中缝背核SERT-nNOS蛋白耦联靶点设计快速抗抑郁药

 

南京医科大学生殖医学国家重点实验室、药学院周其冈、朱东亚、厉廷有团队开展了新型抗抑郁药物及其作用机制研究。相关成果发表于《科学》（Science）。研究发现了位于中缝背核区的5-羟色胺转运体与神经元型一氧化氮合酶耦联靶点（SERT-nNOS）。解开SERT-nNOS耦联，能不依赖于5-羟色胺自身受体脱敏，发挥快速抗抑郁作用。这一全新快速抗抑郁靶点的发现，对抑郁症经典假说“单胺理论”具有革新意义。基于上述发现，研究团队合成了一种快速起效抗抑郁先导化合物“ZZL-7”，研究表明ZZL-7在注射2小时后即可发挥抗抑郁作用，且无氯胺酮等其他快速抗抑郁药品的毒副作用，适合广泛应用。

 

快速诊断猴痘病毒感染的新型检测方法

 

中国科学院上海巴斯德研究所研究员尼古拉斯·伯塞特（Nicolas Berthet）、王颂基等开发了3种快速诊断检测猴痘病毒（Monkeypox Virus, MPXV）的方法。相关成果发表于《病毒》（viruses）。MPXV是一种常被忽视的热带病原体，属于正痘属痘病毒科的双链DNA病毒，正痘病毒还包括已知的天花病毒（Variola virus，VARV）和痘苗病毒（Vaccinia virus，VACV）。自2022年5月以来，除非洲病毒流行区外，欧洲、北美和南美洲也相继报告了MPXV的暴发情况。这次全球范围内猴痘的流行加快了人们对MPXV的研究。新开发的检测方法可在20至30分钟内产生可靠的荧光或横向流动结果，并可直接通过肉眼观察判断结果。

 

近十年来青藏高原的古植物进展评述

 

中国科学院西双版纳热带植物园古生态研究组周浙昆、苏涛等人系统总结了近十年来青藏高原古植物研究的最新进展，并对未来的研究方向提出了展望。相关成果发表于《中国科学：地球科学》（Science China-Earth Sciences）。文章指出植物化石在青藏高原形成过程、植物系统演化和高原生物多样性格局演变的研究中，发挥着不可替代的作用。由于青藏高原范围广袤，现有的化石记录仍不足以揭示这一区域古环境和生命的协同演化全貌，青藏高原古植物学研究仍旧任重道远。未来需要继续开展更加深入的系统古植物研究，特别注重一些关键疑难类群的分类鉴定，并构建高精度的年代学框架，提升青藏高原新生代古植物学研究的水平。

 

杨树响应低氮胁迫的新机制

 

东北林业大学林木遗传育种国家重点实验室李成浩教授研究团队和生命科学学院李玉花教授研究团队合作，发现大青杨在低氮胁迫下对硝酸盐、磷酸盐和铁的协调吸收新机制，使得杨树适应氮匮乏环境。相关成果发表于《植物学报》（Journal of Integrative Plant Biology）。杨树是世界中纬度地区栽植面积最大、木材产量最高的速生用材树种之一。杨树生长需要多种养分，其中氮是限制杨树生长最主要的营养元素之一；目前多数人工林营建的立地条件较差，可利用氮不足，不能满足生长需求。提高杨树在低氮素供应条件下的氮素利用效率，将有助于缓解其对营养贫瘠土壤的压力，使杨树在低氮条件下能够保持快速生长。

 

大豆分枝数的调控机制

 

中国科学院遗传与发育生物学研究所田志喜研究组和广州大学孔凡江课题组研究员合作，通过连续两年对2400多份大豆自然种质资源的分枝数进行表型鉴定，利用全基因组关联分析挖掘到大豆分枝数主效控制基因Dt2。相关成果发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。大豆（Glycine max）起源于中国，是我国乃至世界上重要的粮油饲兼用作物，为全球供应了一半以上的油料产量和近四分之一的植物蛋白。目前，中国是世界上最大的大豆进口国，对外依赖性高，提升我国大豆产能已经成为保障我国粮食安全迫在眉睫的重大任务。研究人员发现Dt2敲除突变体可打破纬度带的限制，提高大豆的地区适应性和产量。

 

水稻柱头外露率调控基因挖掘与利用研究

 

华南农业大学生命科学学院沈荣鑫/王海洋团队提出了一种挖掘柱头外露基因的新策略，并鉴定到了3个调控柱头外露率的关键基因。相关成果发表于《植物生物技术杂志》（Plant Biotechnology Journal）。在水稻杂交制种过程中，高柱头外露率的不育系是提高制种产量的关键。虽然已经报道了大量与柱头外露率相关的数量性状位点，但极少有基因被克隆和功能表征，严重阻碍不育系柱头外露率的遗传改良和育种效率的提高。新研究提出一种挖掘柱头外露新基因的有效策略，通过对已克隆的粒型基因的系统分析，鉴定到了调控柱头外露率的关键基因GS3、GW8和GS9，并进一步探究突变体柱头外露率提高的细胞与分子基础。

 

梅花花期调控研究

 

北京林业大学张启翔教授团队系统研究了梅花PmSBP1/6基因生物学功能，提出miR156-PmSBPs-PmSOC1调控梅花开花时间的模型，为后续梅花花期调控研究提供了参考。相关成果发表于《国际分子科学杂志》（International Journal of Molecular Sciences）。梅花（Prunus mume）为蔷薇科李属植物，在我国已有3000多年的栽培历史，居中国十大名花之首。梅花花期早，可在晚冬及早春时节开花。SBP作为重要的开花调控因子，其在梅花花期调控中的作用尚未明确。论文以梅花早花品种“三轮玉碟”为实材，提出新的调控梅花开花时间的模型，探究了梅花PmSBP基因在梅花开花中的作用。

 

植物木质部铁运输的新机制

 

南京农业大学徐仲瑞、赵方杰、汪鹏等人发现了亚铁氧化酶LPR1和LPR2在植物中新的生理功能，揭示了植物在木质部长距离铁运输过程中维持铁移动性的新机制。相关成果发表于《分子植物》（Molecular Plant）。铁是植物和人体必需的微量元素，农作物缺铁是常见的现象。植物源食物是人类膳食铁摄入的主要来源之一，明确植物铁吸收转运机制对农业生产具有重要意义。木质部是根系吸收的铁向地上部各组织器官分配的主要途径。研究发现拟南芥亚铁氧化酶LPR1和LPR2参与了木质部中Fe（Ⅱ）的氧化，促进Fe（Ⅲ）-柠檬酸螯合物的形成，从而确保Fe（Ⅲ）-柠檬酸螯合物的稳定性，对木质部铁运输的畅通起到关键作用。

 

苹果低温胁迫响应及抗性调控研究

 

西北农林科技大学园艺学院马锋旺教授团队揭示了MdbHLH4通过调节CBF和CAX家族基因表达及ICE1蛋白的泛素化降解，负调控苹果耐寒性的分子机理。相关成果发表于《植物生理学》（Plant Physiology）。冬季冻害及春季倒春寒引起的低温伤害严重影响苹果的产量和品质，低温成为限制我国苹果产业可持续发展的主要环境因子之一。挖掘苹果低温胁迫响应关键基因并解析其调控机理，能够为苹果的抗逆分子育种提供理论依据和基因资源。论文揭示了MdbHLH4通过抑制MdCBF1/3的表达和MdICE1L的启动子结合能力，以及通过促进MdCAX3L-2表达和MdICE1L泛素化降解，从而负调控苹果耐寒性分子机理。

 

机器学习算法准确预测紫花苜蓿秋眠性

 

中国农业科学院北京畜牧兽医研究所饲草育种与栽培科技创新团队探索了机器学习算法在紫花苜蓿基因组预测中应用的可行性，构建了基于紫花苜蓿秋眠性状基因组的最佳预测模型，准确预测了紫花苜蓿的秋眠性，为紫花苜蓿分子育种提供了新思路。相关成果发表于《园艺研究》（Horticulture Research）。紫花苜蓿被誉为“牧草之王”，是草食动物的重要蛋白牧草。秋眠性是影响紫花苜蓿秋季再生性和产量的重要性状，对紫花苜蓿育种具有重要价值。论文对5种预测模型进行了分析比较和交叉验证，发现SVM linear预测模型具有高准确率和最佳回归系数。新模型平均表型预测的准确率可达64.1%。

（本栏目责编：黄雪霜）