科技名刊精選

Nature

生物多樣性

Nature封面：紅嘴牛椋鳥和斑馬。Nature雜志第7656期封面文章報道了生物多樣性和生態(tài)保護專題。探討了促使多樣化生命得以出現(xiàn)的過程以及生物多樣性被加速削弱的趨勢；探索了可以緩解生物多樣性下降、保護生態(tài)系統(tǒng)的方法，以及這類保護措施能帶來的許多益處。有觀點認為，考慮生態(tài)系統(tǒng)中的功能單位比簡單地記錄物種更為實用。此外，還探討了土地使用權(quán)問題和分類混亂對生態(tài)保護的危害，多樣性如何推動生態(tài)系統(tǒng)運作，以及如何通過相對少量地增加保護區(qū)面積就能獲得超出比例的多樣性收益。

最早的智人遺骸

Nature封面：摩洛哥杰貝爾依羅發(fā)現(xiàn)的新人類化石。Nature雜志第7657期封面文章報道了最早的智人遺骸。由于化石記錄匱乏，而且許多關(guān)鍵樣本的實際年齡仍不確定，智人出現(xiàn)的準確時間和地點仍不清楚。摩洛哥杰貝爾依羅發(fā)現(xiàn)的新人類化石的測年信息被測算出來。科學家報告了至少5具可追溯至30～35萬年前的遺骸，并發(fā)現(xiàn)了大量與早期或近期現(xiàn)代人類一致的特征，包括面部、下頜和牙齒形狀，以及較原始的腦顱和顱內(nèi)形態(tài)。因此，研究者認為杰貝爾依羅人族遺骸可能代表了智人最早的演化階段。

全新寨卡病毒基因組

Nature封面：寨卡病毒基因。Nature雜志第7658期封面文章報道了寨卡病毒基因組測序系列結(jié)果，深化了對其遺傳流行病學的認識。研究推斷寨卡病毒是在多次獨立事件中被引入美國佛羅里達州的，且大多數(shù)病例都與前往加勒比地區(qū)旅行有關(guān)。佛羅里達州的寨卡病毒傳播鏈不太可能持續(xù)存在，表明未來的疫情爆發(fā)將取決于病毒在美洲的傳播動態(tài)。巴西東北部在疫情的確立、以及寨卡病毒在美洲的傳播中扮演了重要角色。研究還報道了疫情在巴西的快速擴散，以及多次進入其它地區(qū)的情況。病毒在持續(xù)演化，變異積累可能對未來診斷檢測產(chǎn)生影響。

最熱系外行星KELT-9b的發(fā)現(xiàn)

Nature封面：圍繞大質(zhì)量恒星KELT-9運行的類木氣態(tài)巨行星KELT-9b（圖片底部）的藝術(shù)想象圖。Nature雜志第7659期封面文章報道了KELT-9b的發(fā)現(xiàn)，它是人們迄今為止發(fā)現(xiàn)的最熱的系外行星之一。KELT-9b的向陽面表面溫度約為4,600K，比大部分恒星的溫度都高，足以使其大氣層蒸發(fā)、所有分子都分裂成原子。KELT-9b的質(zhì)量約為木星的3倍，但密度僅有木星的一半。它圍繞主星一周需約1.5天。由于長期受高強度紫外輻射炙烤，KELT-9b可能像彗星一樣拖著一條尾巴。KELT-9b不首先被主星膨脹吞噬，那么它可能會在主星壽命終結(jié)前就完全蒸發(fā)殆盡。

Science

修復(fù)和再生

Science封面：再生的斑馬魚心臟。Science雜志第6342期封面文章報道了機體修復(fù)與再生機制研究專題，著眼于醫(yī)療應(yīng)用。活性干細胞能夠相對快速有效的更新臟器，然而，其它組織和器官像哺乳動物心臟和中樞神經(jīng)系統(tǒng)，很難輕而易舉的重建。干細胞重編程的方法有很多種，但是我們?nèi)匀恍枰线m的方法去刺激細胞再生能力、增強細胞的生存。免疫系統(tǒng)的調(diào)制能夠啟動/阻止修復(fù)和再生。當再生被限制，組織移植和生物工程假體提供了一個替代路線。甚至單細胞生物喇叭蟲，也能阻止細胞質(zhì)滲出，重建復(fù)雜的亞細胞結(jié)構(gòu)。

量子衛(wèi)星首次實現(xiàn)千公里量級的量子糾纏

Science封面：量子衛(wèi)星。Science雜志第6343期封面文章報道了量子通信研究進展。中國“墨子號”（China’s Micius satellite）發(fā)射以來完成了各項空間站量子通信的實驗，如建立天地鏈路測試、在軌測試實驗?！澳犹枴币粋€主要科學目的是通過衛(wèi)星和地面站之間的量子密鑰分發(fā)，實現(xiàn)星地量子保密通信。量子糾纏傳送，又稱為量子糾纏互換，利用聯(lián)合測量即貝爾態(tài)測量，將光子糾纏在一起。中國科學技術(shù)大學潘建偉教授是該封面文章的通訊聯(lián)系人。墨子號”此次實現(xiàn)千公里量級的量子糾纏證明中國在量子通信領(lǐng)域有邁入新階段。

鳥蛋形態(tài)、功能與進化

Science封面：形形色色的鳥蛋。Science雜志第6344期封面文章探討了鳥蛋形狀多樣性的原因。Stoddard課題組為1000種鳥制作了家族樹?！奥研巍备B巢形狀、鳥巢所處地理環(huán)境、鳥巢容納幼鳥數(shù)量都沒關(guān)系。鳥蛋形狀與飛行能力有關(guān)。非常擅長飛行的鳥類（比如磯鷂，性孤僻、擅滑翔）的蛋更細長，更不對稱，好像飛艇。幾乎不飛或者很少飛的鳥（比如咬鵑，擅爬不善跳，飛行能力不行）的蛋更趨于球形。圓形卵比細長卵需要更大的骨盆，長時間在空中飛行的鳥類身體極富流線型，體重更輕、骨骼更小，它們的蛋也隨之進化為流線型以適應(yīng)骨盆。

花的訊息

Science封面：矮牽?；?。Science雜志第6345期封面文章報道了導(dǎo)致花香的這些揮發(fā)性化學物如何從產(chǎn)生它們的細胞中釋放出來?？茖W家分離出一種協(xié)助開花植物中的揮發(fā)性化學物釋放的蛋白的編碼基因，并描述了如何分離這種基因和證實它負責產(chǎn)生這種載體蛋白。在PhABCG1基因中發(fā)現(xiàn)了這樣的一種序列。在猜測它負責產(chǎn)生能夠攜帶揮發(fā)性化學物通過細胞膜的蛋白之后，在矮牽牛的一些花朵中讓這種基因失活，結(jié)果發(fā)現(xiàn)揮發(fā)性化學物的釋放下降了大約50%。針對這項研究，同行專家進一步概述了這項研究發(fā)現(xiàn)可能對植物研究領(lǐng)域的影響。

植物研究

高等植物花粉管控制自身運輸方向

北京大學生命科學學院瞿禮嘉教授課題組證明了高等植物的花粉管運輸方向完全是由花粉管自身控制，為“花粉管是陸生植物適應(yīng)缺水生活環(huán)境演化出的新生殖結(jié)構(gòu)”提供了生物學證據(jù)，研究論文發(fā)表于《自然—植物》。實驗挑選出一種水滴狀花粉粒，對它們進行花粉管萌發(fā)、花粉管生長、花粉管導(dǎo)向、受精過程等生殖生物學過程的研究。發(fā)現(xiàn)沒有精細胞的花粉粒可以正常地萌發(fā)出花粉管；沒有精細胞的花粉管可以正常生長，可以正常響應(yīng)雌方（胚珠）分泌的吸引信號，可以正常抵達胚囊，也可以正常爆裂釋放出花粉管的內(nèi)容物。在沒有精細胞存在的情況下，花粉管仍然可以正常地完成生長、導(dǎo)向、識別、爆裂等生殖生物學過程。

水滴狀的drop1-drop2-突變體花粉粒中沒有精細胞

沒有精細胞的花粉管正常并響應(yīng)雌方（胚珠）分泌的吸引信號

藍細菌光受體的光保護機制研究

華中農(nóng)業(yè)大學生科院趙開弘課題組與國內(nèi)外科學家合作，發(fā)現(xiàn)了藍細菌光受體“橙色胡蘿卜素蛋白”實施光合作用光保護的原初分子機制，相關(guān)研究成果發(fā)表于PNAS。藍細菌是最早的光合放氧生物，對地球表面從無氧大氣環(huán)境變?yōu)橛醒醮髿猸h(huán)境發(fā)揮了巨大作用。在適當強度的光照條件下，藍細菌能夠通過光合作用將光能轉(zhuǎn)換成化學能，生成有機化合物和分子氧以供生命所需，而過強的光照則會對藍細菌造成嚴重的損傷。為了應(yīng)對高光脅迫，藍細菌進化出了一系列的光合作用光保護機制，而橙色胡蘿卜素蛋白是藍細菌光合作用光保護的關(guān)鍵元件。

花的水分生理研究

中國科學院昆明植物研究所張石寶研究組與國內(nèi)外科學家合作的最新研究成果發(fā)表于英國皇家學會會刊B輯和《植物科學前沿》。采用一種視覺化新技術(shù)顯示了花的木質(zhì)部栓塞的時空變化，結(jié)果表明，在干旱脅迫下，木本植物的花瓣栓塞化早于葉片，而在草本植物中，花瓣死亡時間和葉片相似。另外，對11種兜蘭進行了花的水分關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)花壽命與比花重，膨壓喪失點，和細胞壁彈性模數(shù)成顯著正相關(guān)，但與花的大小沒有相關(guān)性。并且發(fā)現(xiàn)花和葉片的經(jīng)濟性狀獨立進化。因此，研究結(jié)果顯示花壽命和花的水分維持能力之間存在一個明確的權(quán)衡關(guān)系，這些經(jīng)濟上的限制也表明延長兜蘭花壽命存在一個高的生理成本。

檀香冷響應(yīng)機制研究

中國科學院華南植物園張新華博士等對低溫（4攝氏度）處理條件下檀香冷響應(yīng)和適應(yīng)機制進行了較全面的研究，相關(guān)論文發(fā)表于《科學報告》。結(jié)果顯示：在低溫脅迫條件下，檀香具有積極的冷響應(yīng)保護機制，依賴CBF的冷信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑很可能在檀香冷忍耐中扮演關(guān)鍵的角色。檀香堪稱世界上最貴的木本植物之一，素有“綠色黃金”之稱。目前，主要栽培于中國、斯里蘭卡、印度尼西亞、馬來西亞、菲律賓和澳大利亞北部等東南亞國家。我國檀香主要在廣東、海南和福建等熱帶亞熱帶地區(qū)種植。低溫是影響檀香生長與分布的主要環(huán)境因子之一。該研究結(jié)果為檀香栽培與育種，以及檀香油生物合成機制研究提供了重要的理論基礎(chǔ)。

植物—微生物相互作用研究

中國科學院上海生命科學研究院植物生理生態(tài)研究所王二濤研究組與國內(nèi)科學家合作，揭示了在叢枝菌根真菌與植物的共生過程中，脂肪酸是植物傳遞給菌根真菌的主要碳源形式，并發(fā)現(xiàn)脂肪酸作為碳源營養(yǎng)在植物-白粉病互作中起重要作用；研究論文發(fā)表于《科學》。菌根共生是植物與菌根真菌建立的互惠互利的同盟，也是自然界最為廣泛的共生形式。植物可通過與菌根真菌共生高效率的從土壤中獲得磷和氮等營養(yǎng)；同時植物把20%左右的光合作用產(chǎn)物傳遞給菌根真菌供其生長。每年大約有50億噸的光合作用產(chǎn)物通過菌根真菌被固定在土壤中，對整個生態(tài)系統(tǒng)的碳氮平衡具有重要的作用。

脂肪酸轉(zhuǎn)移到真菌需要RAM2

擬南芥脂肪酸生物合成的基因變異株

伴礦景天超富集重金屬鎘的高抗性分子機制

中國科學院植物研究所王亮生研究組揭示了鎘超富集植物對鎘高抗性的分子機制，為植物超富集重金屬鎘/鋅的基因功能驗證及闡明其分子機制建立了新的模式系統(tǒng)，相關(guān)研究成果發(fā)表于《新植物學家》。伴礦景天是在我國南方礦區(qū)發(fā)現(xiàn)的一種鎘/鋅超富集植物。因其對重金屬鎘和鋅具有超強的抗性和富集能力，是目前鎘污染土壤修復(fù)試驗的一種主要的修復(fù)植物?？蒲腥藛T從伴礦景天中克隆到一個重金屬轉(zhuǎn)運蛋白基因SpHMA3，經(jīng)過系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)SpHMA3是伴礦景天進行鎘解毒的關(guān)鍵基因，對植株在含鎘土壤環(huán)境中維持幼葉正常生長發(fā)育發(fā)揮重要的作用。

植物根可塑性生長發(fā)育

山東大學生命科學學院丁兆軍教授課題組發(fā)現(xiàn)與正常條件下生長素和細胞分裂素以拮抗的方式調(diào)控根的生長發(fā)育不同，細胞分裂素還能夠以協(xié)同的方式參與生長素介導(dǎo)的鋁抑制的根伸長，研究論文發(fā)表于EMBO報告。植物根系的可塑性生長發(fā)育是指同一基因型的植物在不同的環(huán)境條件下表現(xiàn)型會發(fā)生巨大的變化，可塑性有利于植物在各種逆境下獲取更多的水分和養(yǎng)分，是植物適應(yīng)各種不同的生長環(huán)境的重要手段。鋁脅迫能夠誘導(dǎo)細胞分裂素合成的關(guān)鍵基因IPTs在根尖轉(zhuǎn)化區(qū)上調(diào)表達并最終導(dǎo)致該部位細胞分裂素水平的大量積累及根伸長的抑制。生長素介導(dǎo)乙烯信號，參了鋁脅迫誘導(dǎo)的IPTs基因在根尖轉(zhuǎn)化區(qū)的誘導(dǎo)。

側(cè)芽中干細胞建立的分子機制

中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所焦雨鈴研究組與國內(nèi)科學家合作，發(fā)現(xiàn)擬南芥中維持頂端分生組織的同源異型轉(zhuǎn)錄因子WUSCHEL（WUS）基因也參與側(cè)芽的形成，相關(guān)成果發(fā)表于《植物細胞》。植物在胚后發(fā)育中不斷產(chǎn)生新的生長點，形成分枝。葉腋處形成的側(cè)生分生組織作為生長點具有干細胞。研究發(fā)現(xiàn)，細胞分裂素通路的下游轉(zhuǎn)錄因子Type-B ARR能夠直接激活WUS表達。WUS的激活具有高度時空特異性，只發(fā)生在成熟葉片的葉腋處。WUS的激活與組蛋白修飾的狀態(tài)相關(guān)，特別是受到組蛋白甲基化和乙酰化調(diào)控。該研究解答了新的生長點建立過程中，干細胞組織中心如何建立的分子機制。