Nature

源自下地幔的含硼藍鉆

Nature封面：深藍。Nature雜志第7716期封面文章評估了地表物質(zhì)循環(huán)進入深部地幔的程度。稀有藍鉆的獨特成色來自于硼元素，而硼主要存在地殼中，意味著硼以某種方式進入了地表下形成鉆石的高壓環(huán)境。通過對含硼鉆石中的礦物包裹體進行分析，作者發(fā)現(xiàn)這些鉆石形成于俯沖至下地幔的洋殼（海洋板塊）中，距離地表至少660km，而大部分鉆石的結晶深度不超過200km，藍鉆也因此成為迄今發(fā)現(xiàn)的來源于地球最深處的鉆石。作者認為硼曾隨海水蝕變洋殼俯沖進入深部地幔，揭示了地殼元素深部地幔再循環(huán)的一條可能路徑。

靶向腦膜淋巴管或能對抗衰老和阿爾茨海默癥

Nature封面：Brain Drain。Nature雜志第7717期封面文章報道了腦膜內(nèi)的淋巴管可以引流、排出腦脊液中的大分子廢物。作者發(fā)現(xiàn)，普通小鼠的腦膜淋巴管一旦受損，其認知功能就會下降。不僅如此，衰老還會加劇淋巴管功能衰退，而修復淋巴管功能與“腦清理”功能恢復和記憶力提高有關。研究團隊通過阿爾茨海默癥小鼠模型證實，小鼠腦膜淋巴管受到破壞后，大腦清除β淀粉樣蛋白的功能受損，導致腦內(nèi)β淀粉樣蛋白積聚，從而加重淀粉樣蛋白病變。因此，干預腦膜淋巴系統(tǒng)損傷可能是對抗年齡相關性認知功能障礙的有效治療途徑。

遺傳與轉(zhuǎn)錄演化改變癌細胞系的藥物反應

Nature封面：一連串彈珠沿斜坡滾動，它們表面上看起來一樣，但是仔細觀察可以發(fā)現(xiàn)坡底的彈珠的內(nèi)部紋路有所變化，就像它們所代表的細胞系一樣。Nature雜志第7718期封面文章報道了Todd Golub及同事的研究進展。研究表明，細胞系“品種”并非完全一樣，它們在基因組變化、基因表達譜、增殖率和藥物反應方面都表現(xiàn)出某些差異，而這些差異均源自遺傳與轉(zhuǎn)錄演化。這一發(fā)現(xiàn)對于使用這類細胞系開展癌癥研究具有啟示意義，研究團隊為此開發(fā)了一款在線開放工具——Cell STRAINER，幫助評估細胞系差異。

借助火山噴發(fā)評估地球工程對全球農(nóng)業(yè)的影響

Nature封面：1991年菲律賓皮納圖博火山噴發(fā)后，在地球表面形成了“塵罩”并給地球降溫。Nature雜志第7719期封面文章報道了科學家將皮納圖博火山噴發(fā)和墨西哥埃爾奇瓊火山噴發(fā)（1982年）作為自然實驗，研究了氣溶膠“紗罩”對全球作物產(chǎn)量的影響。研究人員對地球工程場景進行了建模，發(fā)現(xiàn)地球工程技術帶來的降溫效應雖然能提高作物產(chǎn)量，但在很大程度上同時會被光照減少帶來的破壞性影響所抵消。這一結果表明，基于硫酸鹽氣溶膠的太陽能地球工程并不能緩解氣候變化對全球農(nóng)作物產(chǎn)量以及糧食安全構成的威脅。

Science

全球范圍的河流和溪流

Science封面：強大的水。Science雜志第6402期封面文章報道了河流和溪流在控制陸地大氣通量方面的作用。伊瓜蘇瀑布，地球上最大的瀑布系統(tǒng)，位于阿根廷和巴西之間的伊瓜蘇河上。地球湍流的河流和溪流是大氣交換的天然熱點。成千上萬的衛(wèi)星圖像顯示，與先前的空間估計相比，河流和溪流覆蓋了世界地表面積的近45%，這表明這些水體對大氣中溫室氣體濃度的貢獻比以前認為的要多。George H.Allen和Tamlin M.Pavelsky通過使用衛(wèi)星觀測改進對全球河流表面積進行了估算。

世界上首個六倍體小麥基因組圖譜完成

Science封面：小麥。Science雜志第6403期封面文章報道了世界上首個六倍體小麥基因組圖譜完成。小麥是世界各地最為廣泛種植的谷物之一，相較于其他作物，小麥是唯一一個尚未完成全基因組測序的物種。原因就是小麥基因組體量龐大，是人類基因組的5倍，是水稻基因組的40倍，同時又是作為典型的異源多倍體基因組，重復序列極高。該項研究可以幫助科研人員更好地掌握小麥生長發(fā)育的規(guī)律。論文作者有200多人，隸屬20多個國家的70多個單位。西北農(nóng)林科技大學宋衛(wèi)寧團隊完成了其中7DL染色體物理圖譜構建及序列破譯工作。

在30°扭角雙層石墨烯準晶中發(fā)現(xiàn)狄拉克錐

Science封面：大面積精準生長30°扭曲角度的雙層石墨烯準晶。Science雜志第6404期封面文章證實石墨烯準晶中存在狄拉克錐，揭示了不同尋常的層間偶聯(lián)機制。準晶是一種介于晶體和非晶體之間的固體，準晶的發(fā)現(xiàn)從根本上改變了以往化學家對物體的構想?？茖W家在4H-SiC基底上生長得到mm尺度的雙層石墨烯，層間扭曲角度精確控制在30°，具有十二邊形旋轉(zhuǎn)有序度。電子衍射和顯微鏡證實了準晶的形成，而角度分辨光發(fā)射譜則觀察到多種具有多重旋轉(zhuǎn)對稱性的狄拉克錐，揭示了不同尋常的層間電子準周期性偶聯(lián)機制。

技術轉(zhuǎn)變生物

Science封面：技術的每次革命都伴隨著新的科學知識的爆炸式增長，生物學也不例外。Science雜志第6405期封面文章報道了生物技術的顛覆性創(chuàng)新，新技術推動了生物學的前沿。近年來，生物技術出現(xiàn)了突破性的創(chuàng)新。研究人員從未裝備過如此強大的工具來探索生物學。如電子顯微鏡技術、CRISPR介導的基因編輯技術等。隨著我們對生物網(wǎng)絡的理解，新工具使我們能夠記錄生物事件，檢測和治療疾病，以及設計具有新特性和更高生產(chǎn)力的植物。協(xié)同作用一直在推動我們的社會和人類向前發(fā)展，人工智能的出現(xiàn)可能會加速這一發(fā)現(xiàn)周期。

植物生理生態(tài)

森林生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能關系研究

中國科學院植物研究所馬克平研究員帶領的研究團隊聯(lián)合瑞士、德國的生態(tài)學家，于2009年至2010年在江西省新崗山共建了約為50公頃的亞熱帶森林生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能實驗（簡稱BEF-China），相關研究成果發(fā)表于Science。不同生物多樣性的森林在保護環(huán)境緩減氣候變化中所起的作用具有明顯差異，種植多物種混交林能實現(xiàn)生物多樣性保護和減緩氣候變化雙贏，是比種植純林更好的植樹造林策略。該研究結果同時從經(jīng)濟學上說明了生物多樣性的重要性。估算顯示，如果將實驗中觀察到的結果外推到世界現(xiàn)有森林，全世界樹種多樣性降低10%就會造成經(jīng)濟上每年200億美元的損失。

BEF-China實驗樣地不同時間對比（攝于2016年10月）（圖片來源于中國科學院植物研究所）

BEF-China實驗樣地不同時間對比（攝于2011年6月）（圖片來源于中國科學院植物研究所）

硝酸鹽抑制共生結瘤的新機制

中國科學院分子植物科學卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所謝芳研究組揭示了硝態(tài)氮素抑制蒺藜苜蓿共生結瘤的新機制。相關研究成果發(fā)表于Nature Plants。NIN是共生結瘤所必需的轉(zhuǎn)錄因子。蒺藜苜蓿nlp1突變體或下調(diào)NLPs的表達能夠急劇降低硝酸鹽對共生結瘤的抑制，而過表達NLP1則會加強抑制，同時蒺藜苜蓿的5個NLP均能夠通過PB1結構域與NIN相互作用。NLP1在硝酸鹽信號轉(zhuǎn)導過程中發(fā)揮了重要作用，它能夠通過核—質(zhì)穿梭響應并傳遞硝酸鹽信號。NLP1在響應硝酸鹽后進入細胞核，與NIN形成復合體，抑制NIN對下游CRE1和NF-YA1等基因的激活，最終抑制根瘤的形成及氮素的固定。

器官水平驗證了楸樹干旱死亡過程中發(fā)生了碳饑餓

中國林業(yè)科學研究院林業(yè)所、林木遺傳育種國家重點實驗室王軍輝研究員課題組與華南農(nóng)業(yè)大學李吉躍教授課題組合作，以珍貴樹種楸樹（Catalpa bungei）為材料，實時監(jiān)測了楸樹干旱死亡全過程中的形態(tài)特征和光合速率動態(tài)，并測定了2個關鍵時間點（光合速率為零、葉死亡和莖死亡）各營養(yǎng)器官（根、莖、葉）非結構性碳水化合物濃度動態(tài)，相關論文發(fā)表于Dendrobiology。論文從器官水平驗證了被子植物楸樹干旱死亡過程中發(fā)生了碳饑餓，補充了符合碳饑餓假說的相關論述試驗證據(jù)，為極端干旱條件下楸樹苗木和幼樹的存活狀態(tài)評估和預測、為指導楸樹苗木培育和人工林經(jīng)營提供了理論研究。

CRISPR/Cas9系統(tǒng)在棉花基因編輯過程中的脫靶效應研究

華中農(nóng)業(yè)大學植物科學技術學院金雙俠研究團隊研究表明，在設計sgRNA時要高度關注轉(zhuǎn)基因母體基因組與參考基因組的遺傳變異，利用計算程序減小脫靶風險性。研究論文發(fā)表于Plant Biotechnology。通過對野生型對照、陰性再生植株、Cas9編輯的陽性植株進行全基因測序，結果證明了CRISPR/Cas9編輯后代中存在數(shù)千個SNP/Indels變異, 這些遺傳變異來源于同一親本的后代個體間的差異或者組織培養(yǎng)過程中的體細胞變異，其數(shù)量遠遠大于CRISPR脫靶位點的數(shù)量，結果表明CRISPR/Cas9系統(tǒng)在多倍體植物基因組編輯中具有高度特異性、脫靶率極低。

我國西南山地不同海拔梯度精準傳粉網(wǎng)絡構建研究

中國科學院昆明植物研究所王紅研究員帶領團隊在中國西南山地的玉龍雪山開展了不同海拔梯度（2700～3900米）的高山草甸群落傳粉網(wǎng)絡的研究。相關研究成果發(fā)表于Oikos。物種互作式樣與生態(tài)系統(tǒng)功能密切相關。研究發(fā)現(xiàn)訪問網(wǎng)絡中有11%～17%的非傳粉鏈接（盜竊者—植物鏈接），去除這些非傳粉鏈接后傳粉網(wǎng)絡的物種豐富度和嵌套結構顯著降低，而特化和模塊水平顯著升高。理論研究表明具有較高的物種豐富度和嵌套結構，以及較低的特化水平和模塊結構時互惠網(wǎng)絡越穩(wěn)定。因此，論文提出僅利用訪問網(wǎng)絡研究植物—傳粉者關系會高估互作的冗余度，從而低估物種互作受到氣候變化等干擾的威脅。

玉龍雪山不同海拔高山草甸群落中蟲媒植物花粉形態(tài)庫示意圖（圖片來源于中國科學院昆明植物研究所）

陸地生態(tài)系統(tǒng)氮獲取策略研究

中國科學院植物研究所劉玲莉研究組構建了全球水平的植物數(shù)據(jù)庫和微生物數(shù)據(jù)庫，利用廣義線性混合模型與模型平均結合等方法對數(shù)據(jù)進行分析，論文發(fā)表于Nature Ecology & Evolution。在全球尺度上，植物氮再吸收速率和凋落物氮礦化速率互為消長。從兩極到赤道，隨著年均溫和年降水量的增加，氮循環(huán)速度加快，生態(tài)系統(tǒng)中植物的氮獲取途徑由以再吸收為主導轉(zhuǎn)變?yōu)橐缘V化過程為主導。研究還發(fā)現(xiàn)氮循環(huán)速率較快的生態(tài)系統(tǒng)，植物葉片氮含量和氮磷比高，而土壤真菌細菌比低。揭示了生態(tài)系統(tǒng)再吸收和凋落物氮礦化過程的地理分異格局及植物—土壤—微生物間的交互作用對生態(tài)系統(tǒng)氮獲取策略及氮循環(huán)速度的調(diào)控機制。

可變剪接控制植物營養(yǎng)元素吸收和轉(zhuǎn)運

南京農(nóng)業(yè)大學生命科學學院教授鄭錄慶課題組揭示了可變剪接在植物礦質(zhì)元素代謝中的調(diào)控作用，可以控制植物營養(yǎng)元素的吸收和轉(zhuǎn)運。研究論文發(fā)表于The Plant Cell?？勺兗艚邮巧矬w內(nèi)普遍存在的現(xiàn)象。絲氨酸精氨酸豐富（SR）蛋白是已被報道的參與前體mRNA剪接的重要RNA結合蛋白，為了證實可變剪接在元素代謝中的調(diào)控作用，研究者對SR基因突變體應對營養(yǎng)脅迫及礦質(zhì)元素的吸收轉(zhuǎn)運進行分析，結果顯示多個SR突變體體內(nèi)Zn、Mn和P含量發(fā)生了改變，且其中3個SR蛋白對P的含量改變最大，極可能參與到了P的吸收以及在葉片和地上部的再分配。

平衡色澤代謝物積累的分子機制

中國科學院武漢植物園果樹分子育種學科組韓月彭研究員等揭示平衡色澤代謝物積累的分子機制，相關論文發(fā)表于New Phytologist。研究發(fā)現(xiàn)一個桃負調(diào)節(jié)基因PpMYB18抑制果實中的花青素和PA積累。在桃果實發(fā)育過程中，幼果期以PA積累為主，而成熟期大量積累花青素。在這兩類次生代謝物合成的同時，MYB正調(diào)節(jié)基因也激活PpMYB18基因的表達形成一個負反饋環(huán)，抑制花青素或PA的過度合成，起著平衡果實次生代謝物積累的功能。研究還揭示了PpMYB18蛋白與正調(diào)節(jié)MYB蛋白競爭結合bHLHs抑制花青素或PA合成的分子機理，以及決定PpMYB18蛋白抑制活性的關鍵結構域。

百姓健康

想吃肉還想瘦，竹筍纖維幫助您

中國科學院西雙版納熱帶植物園研究員張萍與合作者發(fā)現(xiàn)，竹筍纖維在預防肥胖和提高胰島素靈敏性方面顯示出強大作用，竹筍具有減肥和提高胰島素靈敏性的功效。研究論文發(fā)表于Journal of Functional Foods。研究者用高脂肪飼料添加纖維素的方法誘導小鼠進食，并把這些小鼠分成了4個組，結果表明，喂食了兩種竹筍纖維的小鼠體重和身上累計的脂肪量，遠遠低于微晶纖維素高脂組，且與低脂組接近。食用了兩種竹筍纖維的小鼠空腹血糖和胰島素也處于正常水平。專家建議，如果人們在飲食中吃多了肉類，那么多攝入一些竹筍膳食纖維就可有效對抗脂肪沉積，從而抑制體重增加，并使胰島功能處于正常范圍。

小鼠實驗檢驗竹筍纖維在預防肥胖和提高胰島素靈敏性方面的作用（圖片來源于sciencedirect）

心肌缺血損傷的免疫炎癥機制研究

上海交通大學醫(yī)學院附屬瑞金醫(yī)院張瑞巖和閆小響研究團隊在心肌缺血再灌注損傷的免疫炎癥研究方面取得重要進展，發(fā)現(xiàn)Dectin-1調(diào)控巨噬細胞極化和中性粒細胞浸潤加重心肌缺血再灌注損傷，研究論文發(fā)表于Circulation。急性心肌梗死和缺血性心臟病已經(jīng)成為威脅人類健康的重要危險因素，盡管經(jīng)皮冠狀動脈介入治療增多，其預后有所改善，但缺血再灌注損傷仍嚴重影響患者預后療效。研究揭示了Dectin-1是影響心肌缺血再灌注（Ischemia-reperfusion, IR）損傷的重要免疫調(diào)節(jié)模式識別受體，為缺血性心肌病的治療提供了新的潛在干預靶點。

發(fā)現(xiàn)新免疫抑制細胞影響抗腫瘤免疫應答

陸軍軍醫(yī)大學（原第三軍醫(yī)大學）新橋醫(yī)院腫瘤科朱波教授課題組與陸軍軍醫(yī)大學免疫研究所葉麗林教授、美國杜克大學李啟靖教授以及中國醫(yī)學科學院基礎醫(yī)學研究所余佳教授團隊等合作，發(fā)現(xiàn)腫瘤誘導產(chǎn)生紅系來源的新型免疫抑制細胞，研究論文發(fā)表于Nature Medicine。該研究在荷瘤小鼠脾臟、肝臟和外周血以及腫瘤患者的外周血中發(fā)現(xiàn)了一種新的紅系前體細胞（erythroid progenitor cells, EPCs）來源的免疫抑制細胞（CD45+CD71+TER119+, CD45+EPCs），而這群CD45+EPCs通過產(chǎn)生活性氧（ROS）抑制CD8+T細胞介導的免疫應答，導致腫瘤患者抗病毒/細菌以及抗腫瘤免疫應答功能的下降。

膿毒癥致死機制研究

中南大學湘雅三醫(yī)院呂奔教授團隊與美國匹茲堡大學Timothy R. Billiar教授等合作，對膿毒癥致死機理的研究取得進展，研究成果發(fā)表于Immunity。膿毒癥是感染誘發(fā)的嚴重并發(fā)癥，是由于宿主對感染的免疫反應失調(diào)，從而導致多器官功能障礙的嚴重疾病。膿毒癥起病急、病情重，是住院病人死亡的主要原因之一。膿毒癥死亡率高于前列腺癌、乳腺癌及艾滋病3種疾病的總和。全世界每年出現(xiàn)2500萬膿毒癥病例，800萬人因此失去生命。研究團隊采用多種技術和手段，揭示了在膿毒癥中，肝臟釋放的高遷移率蛋白HMGB1能夠引起大量細胞焦亡從而導致多臟器衰竭和死亡。

膽道閉鎖分子診斷研究進展

華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院小兒外科湯紹濤教授團隊與美國辛辛那提兒童醫(yī)院Jorge Bezerra教授等國內(nèi)外科學家合作，在世界范圍內(nèi)確立了膽道閉鎖血清金屬蛋白質(zhì)酶-7（MMP-7）分子診斷的閾值標準，研究結果發(fā)表于Hepatology。新生兒黃疸在臨床上十分常見，但有一種疾?。懙篱]鎖）夾雜在其間難以分辨，要將膽道閉鎖從新生兒黃疸里面鑒別出來，需要做一系列復雜的檢查。通過一滴血，體外無創(chuàng)檢測MMP-7蛋白，能夠?qū)⒛懙篱]鎖診斷的靈敏度提高到98.67%，特異度提高到95%，檢測時間縮短到4小時，費用降低到千元左右，確診最小年齡提前到3周甚至更早。

提高膽道閉鎖診斷的靈敏度與特異度（圖片來源于wiley）

腸道原發(fā)的EB病毒相關淋巴組織增殖性疾病研究

四川大學華西醫(yī)院消化內(nèi)科副教授、IBD中心副主任張虎團隊在炎癥性腸病（IBD）的研究成果發(fā)表于Journal of Crohn’s &Colitis。研究者系統(tǒng)提出了腸道原發(fā)的EB病毒相關淋巴組織增殖性疾?。≒IEBV+NK/T-LPD）的概念及診斷標準，通過分析其臨床病理學特征及長期的預后隨訪，提供PIEBV+NK/T-LPD與IBD這兩類疾病的鑒別診斷思路，為臨床醫(yī)生分享了經(jīng)驗。我國近年IBD發(fā)病率顯著上升，表現(xiàn)為慢性非特異性腸道炎癥性疾病，其致“殘”率高，嚴重影響患者工作生活，帶來沉重經(jīng)濟負擔。因IBD臨床表現(xiàn)常常與其他非IBD疾病基本相似，其診斷迄今為止無單一金標準，所以其鑒別診斷至關重要。

焦慮癥發(fā)病機制和藥物治療研究

華中科技大學同濟醫(yī)學院陳建國教授和王芳教授等在焦慮癥發(fā)病機制和藥物治療研究中取得進展，系列成果以連續(xù)兩篇研究論文發(fā)表于Biological Psychiatry?！绑@弓之鳥”“杞人憂天”是大家所熟知的成語，從現(xiàn)代醫(yī)學角度來看，這些現(xiàn)象的持續(xù)存在提示很可能患有焦慮癥，是一種以焦慮、恐懼、強迫等為主要表現(xiàn)的常見心境障礙性疾病。這類疾病不僅僅是由于心理因素造成的，還有其相應的神經(jīng)生物學基礎。通過研究，科學家發(fā)現(xiàn)自噬調(diào)控恐懼記憶的新作用，同時揭示地西泮調(diào)節(jié)GABA受體的新機制，提示調(diào)控Gephyrin及其棕櫚?；揎椨型蔀橹委熃箲]癥的新靶點。

揭示哮喘黏液分泌機制

浙江大學基礎醫(yī)學院干細胞中心吳希美教授課題組和浙江大學兒童醫(yī)院唐蘭芳團隊合作，揭示哮喘中氣道上皮細胞中高表達的Sonic hedgehog(SHH)對哮喘氣道上皮細胞的杯狀細胞化生和黏液分泌的作用及其機制，研究成果發(fā)表于Mucosal Immunology。哮喘小鼠及哮喘患者中氣道上皮細胞SHH重新呈現(xiàn)高表達的現(xiàn)象，與對照組或健康受試者相比具有顯著差異。通過在氣道上皮細胞中敲除HH信號的關鍵分子Smo或過表達激活形式的Smo（Smo M2）發(fā)現(xiàn)哮喘主要病癥之一的杯狀細胞化生和黏液分泌分別發(fā)生了下降和上調(diào)。進行進一步分子機制探索發(fā)現(xiàn)HH信號通路可通過多種方式調(diào)控氣道上皮細胞中的黏液蛋白的表達。