生命科學(xué)

線粒體外膜TOM轉(zhuǎn)位酶復(fù)合體組裝的分子機制

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院殷平教授團隊與合作者在蛋白質(zhì)科學(xué)研究領(lǐng)域取得新進展。相關(guān)成果發(fā)表于Sciences。線粒體是真核細胞能量代謝的主要場所，與動植物的生長發(fā)育密切相關(guān)。線粒體的生命活動需要多達1000種蛋白質(zhì)參與，線粒體蛋白正確的靶向運輸是線粒體正常行使功能的基礎(chǔ)前提。99%的線粒體蛋白由細胞核基因編碼，在細胞質(zhì)中翻譯為蛋白前體，再通過線粒體轉(zhuǎn)位酶復(fù)合體運輸至線粒體的各個部位。該研究探討了TOM轉(zhuǎn)位酶復(fù)合體的組裝過程，探究線粒體蛋白的生物發(fā)生，為線粒體疾病治療和作物遺傳改良提供理論基礎(chǔ)。研究方法和成果為闡明葉綠體蛋白生物發(fā)生機制提供了新視角。

植物抗病毒新機制及其相應(yīng)的病毒反防御機制

清華大學(xué)生命學(xué)院劉玉樂課題組發(fā)現(xiàn)一個結(jié)合鈣調(diào)蛋白的轉(zhuǎn)錄因子，可將鈣信號與植物抗病毒RNAi防御聯(lián)系起來。相關(guān)成果發(fā)表于Cell Host & Microbe。植物病毒可對作物的產(chǎn)量和品質(zhì)造成巨大危害。同時植物也不是坐以待斃，植物也進化出多種防御機制對抗病毒的侵染。其中RNAi（RNAinterference）是一種重要的抗病毒機制。文章分析了植物通過識別植物病毒侵染過程中保守的分子模式：創(chuàng)傷誘導(dǎo)的鈣流，啟動植物抗病毒RNAi防御及其相應(yīng)的病毒反防御機制。其中鈣調(diào)蛋白結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子CAMTA3通過激活RDR6、BN2基因的轉(zhuǎn)錄促進多個RNAi通路基因的表達，從而正向調(diào)控植物抗病毒RNAi過程的分子機制。

生命早期腸道菌群演變規(guī)律及決定因素

中國科學(xué)院北京生命科學(xué)研究院趙方慶團隊收集并分析了來自全球17個國家的超過1萬例新生兒腸道菌群數(shù)據(jù)，揭示了全球新生兒腸道菌群的地域特征，并通過生態(tài)學(xué)模型和系統(tǒng)功能分析闡明了人類腸道菌群由嬰幼兒向成人轉(zhuǎn)變的確定性模式。相關(guān)成果發(fā)表于Genome Biology。在嬰幼兒前3年的發(fā)育過程中，腸道菌群逐漸發(fā)育成熟，腸型也經(jīng)歷了由不成熟的厚壁菌——雙歧桿菌，向成熟的擬桿菌——普氏菌的確定性轉(zhuǎn)變。該研究闡明了新生兒在出生后前3年腸道菌群的確定性轉(zhuǎn)變，引入生態(tài)模型探究了菌群成熟的內(nèi)在機制，并通過大人群隊列分析揭示了腸型在全球新生兒中的特定分布模式。

牡蠣適應(yīng)進化機制研究

中國科學(xué)院海洋研究所貝類遺傳與進化研發(fā)團隊揭示了不同時空尺度上的牡蠣適應(yīng)進化及其機制。相關(guān)成果發(fā)表于Molecular Biology and Evolution。長牡蠣與福建牡蠣是自然分布在我國北方與南方的潮間帶優(yōu)勢種，是我國兩大主養(yǎng)經(jīng)濟貝類，也是不同溫度適應(yīng)型的近緣姊妹亞種。南方福建牡蠣表現(xiàn)出更高的適應(yīng)性表達可塑性，受選擇基因同時作為環(huán)境響應(yīng)基因，其在非編碼區(qū)表現(xiàn)出更強的遺傳變異特征。南方牡蠣具有更強的ATP（三磷酸腺苷）合成和脂肪酸分解能力，而北方牡蠣ATP消耗和脂肪酸合成能力更強，說明脂肪酸和ATP代謝間的能量代償在長牡蠣和福建牡蠣適應(yīng)南北環(huán)境中發(fā)揮了重要作用。

全面評估基因編輯產(chǎn)物的新方法

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心胡家志課題組系統(tǒng)評估了CRISPR-Cas9編輯過程中的DNA修復(fù)產(chǎn)物并闡述其影響機制，提示基因編輯時抑制非同源末端連接（NHEJ）的潛在誘變危險，全面評估多種SpCas9變體的切割活性和特異性，促進這些變體在合適的基因編輯背景下的應(yīng)用。相關(guān)成果發(fā)表于Nucleic Acids Research。利用PEM-Q在人和小鼠細胞中對Cas9編輯后的產(chǎn)物進行了系統(tǒng)且定量的評估。隨后對該領(lǐng)域內(nèi)目前常見的SpCas9變體的編輯活性，脫靶活性及對基因組不穩(wěn)定影響性進行了全面的評估和脫靶預(yù)測，總結(jié)了這些變體在人類細胞中的編輯活性和脫靶活性，為在這些變體之間進行選擇提供指導(dǎo)。

一種基于質(zhì)譜多碎裂方式組合靶向完整O-糖肽的質(zhì)譜解析方法

上海交通大學(xué)系統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)研究院張延團隊和嚴威團隊合作，開發(fā)了質(zhì)譜檢測新策略，用于解析阿爾茲海默癥相關(guān)糖蛋白APP的糖基化。相關(guān)成果發(fā)表于BBA-General Subjects。越來越多的研究表明糖基化對APP的加工及Aβ的產(chǎn)生具有關(guān)鍵的調(diào)控作用，精準判定APP糖基化修飾信息，對深入理解APP蛋白在AD疾病發(fā)生中的作用和疾病早期診斷方法開發(fā)上具有重要意義。該方法精準描繪出APP蛋白的O-糖基化修飾位點和糖鏈結(jié)構(gòu)。為從蛋白質(zhì)糖基化修飾水平理解APP的分子功能與AD的發(fā)病機制，發(fā)現(xiàn)AD治療靶點以及開發(fā)AD早期診斷策略提供了新的思路。

一種生產(chǎn)高純度DHA的細胞工廠

中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所宋曉金、王森等人研究利用代謝工程手段對裂殖壺菌脂肪酸合酶途徑進行弱化，顯著提高了脂質(zhì)中DHA的比例。相關(guān)成果發(fā)表于Journal of Agricultural and Food Chemistry。二十二碳六烯酸（DHA）是大腦和視網(wǎng)膜組織中磷脂的重要組成物質(zhì)，裂殖壺菌是目前工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)DHA的代表性物種之一，具有高生物量、高油脂含量和易培養(yǎng)等特點。該研究通過表達油脂合成途徑的關(guān)鍵酶乙酰輔酶A羧化酶和二酯酰甘油?；D(zhuǎn)移酶，進一步提高裂殖壺菌的總脂肪酸產(chǎn)量和脂質(zhì)中DHA的純度，而生物量和細胞生長速率不受影響，確保獲得的突變株符合工業(yè)化生產(chǎn)需求。

蜜蜂腹部具毛表面的減阻機制

北京理工大學(xué)機械與車輛學(xué)院趙杰亮副教授團隊與清華大學(xué)閻紹澤教授合作，闡述了蜜蜂微小的毛發(fā)可以減少腹部分節(jié)結(jié)構(gòu)間相對運動產(chǎn)生的摩擦，為蜜蜂辛勤勞作的日?；顒庸?jié)省能量，同時減少腹部結(jié)構(gòu)的磨損。相關(guān)成果發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces。蜜蜂作為一種集群生活的社會性昆蟲，雖然沒有人類發(fā)達的語言溝通能力，但是憑借其精巧的身體結(jié)構(gòu)，可完成豐富多樣的肢體動作，同樣具備了較為完備的語言溝通技能，其中腹部的往復(fù)彎曲和伸縮發(fā)揮了不可替代的作用。在相同載荷下，毛狀表面的摩擦比光滑表面的摩擦小。隨著載荷的增加，無毛表面的摩擦力增加，而有毛表面的摩擦力沒有明顯增加。

光電技術(shù)

太赫茲加速器實現(xiàn)厘米尺度的高品質(zhì)電子級聯(lián)加速

上海交通大學(xué)物理與天文學(xué)院張杰院士和向?qū)Ы淌陬I(lǐng)導(dǎo)的課題組近期利用飛秒激光在周期極化鈮酸鋰晶體中產(chǎn)生的多周期窄帶太赫茲源，結(jié)合兆伏特超快電子衍射裝置提供的超短電子束，證明了相對論電子在厘米長度距離的尺度上實現(xiàn)高品質(zhì)級聯(lián)加速的可行性。相關(guān)成果發(fā)表于Physical Review Letters。通過改變電子束與太赫茲脈沖的延時，可精確觀察到作用距離和作用相位的改變所引起的電子束能量增益的變化，實驗結(jié)果與理論模擬具有很高的符合度。實驗中保持了電子束的能散和能量穩(wěn)定性，獲得接近100%的級聯(lián)耦合效率，實現(xiàn)了從“太赫茲加速（THz acceleration）”邁向“太赫茲加速器（THz accelerator）”的突破。

實現(xiàn)近紅外二區(qū)磷光成像

中國科學(xué)院自動化研究所研究員胡振華、武漢理工大學(xué)常柏松副研究員、中國科學(xué)院上海藥物研究所教授程震、武漢理工大學(xué)教授孫濤壘合作，開發(fā)出近紅外二區(qū)磷光成像（NIR-II phosphorescent imaging）探針及技術(shù)，將磷光拓展到近紅外二區(qū)區(qū)域，為探索面向重大疾病的特異性成像提供了新思路。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Biomedical Engineering。該研究通過金屬離子交換機理，制備出具有空心結(jié)構(gòu)的CuISe納米管，利用氫鍵誘導(dǎo)的受限自組裝原理，改變了納米探針的受激態(tài)衰減過程，將近紅外二區(qū)（最大發(fā)射峰在1130nm左右）磷光探針CuISe納米管的熒光壽命從73ns延長到336μs。

亞周期光場調(diào)控研究進展

中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心魏志義研究組（L07）利用雙色飛秒光場在非線性介質(zhì)中的交叉及誘導(dǎo)相位調(diào)制效應(yīng)，在透明固體材料中產(chǎn)生了紫外增強型超連續(xù)光譜，表現(xiàn)出優(yōu)于氣體介質(zhì)的效率。相關(guān)成果發(fā)表于Applied Physics Letters。亞周期光場作為超快光學(xué)的前沿?zé)狳c，是實現(xiàn)對光場極端調(diào)控的重要目標，有助于從光場波形的本源上認識和調(diào)控光與物質(zhì)相互作用過程，也是產(chǎn)生孤立阿秒脈沖的理想驅(qū)動光源之一。如何產(chǎn)生小于一個光學(xué)周期的超快光場難度較大。實驗中所獲得的高強度超連續(xù)光譜覆蓋了紫外-可見光-紅外的范圍，且全波段光譜相位均可調(diào)控，支持1.6fs的傅里葉變換極限脈寬，對應(yīng)0.6個光學(xué)周期。

新型高效固態(tài)熱整流二極管

中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體所研究員童鵬團隊研制出具有優(yōu)異熱整流性能的固態(tài)熱二極管。相關(guān)成果發(fā)表于Physical Review Applied。目前約90%的能源在使用過程中涉及熱量的產(chǎn)生和操控，對于提高能源利用率、實現(xiàn)節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展均具有重要意義。熱二極管是重要的熱流控制元件，在熱量收集、儲熱、制冷等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景。其中，具有非線性熱導(dǎo)率溫度依賴關(guān)系的固態(tài)材料是實現(xiàn)高整流效率的關(guān)鍵。新研制的熱二極管具有優(yōu)異的整流性能，通過改變Fe含量進行調(diào)控，均具有可逆的熱導(dǎo)率突變。該研究為設(shè)計和構(gòu)建面向不同工作溫區(qū)和應(yīng)用環(huán)境的高性能固態(tài)熱二極管提供了備選材料。

基于水書寫和電擦除制備可重寫PEDOT薄膜

中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所江雷院士、王京霞研究員等與合作者基于水書寫和電擦除制備可重寫聚（3，4-乙烯二氧噻吩）（PEDOT）薄膜。相關(guān)成果發(fā)表于ACS Applied Materials & Interfaces?；谌軇┡cPEDOT薄膜之間的相互作用呈現(xiàn)出3種溶劑調(diào)制行為。低極性溶劑（LPS）與PEDOT薄膜無相互作用;中極性/高揮發(fā)性溶劑（MP/HVS）去除親水性電解質(zhì)，有助于將水接觸角從原始親水膜（6.5°）轉(zhuǎn)換為疏水性可寫基材（146.2°）;高極性溶劑（HPS）誘導(dǎo)PEDOT鏈中陰離子的去摻雜，導(dǎo)致薄膜顏色由藍變紫，作為信息書寫過程。研究以PEDOT膜表面浸潤性調(diào)控為前提，結(jié)合高極性溶劑誘導(dǎo)顏色變化（寫入）和電化學(xué)氧化還原反應(yīng)（擦除），實現(xiàn)了可重寫的PEDOT薄膜。

相對論渦旋激光驅(qū)動電子加速研究進展

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所強場物理國家重點實驗室王文鵬等人與歐盟ELI-Beamlines團隊合作，發(fā)現(xiàn)近紅外圓偏振超強LG激光與超薄等離子體靶相互作用，可以驅(qū)動產(chǎn)生高能阿秒電子片。相關(guān)成果發(fā)表于High Power Laser Science and Engineering。渦旋激光自身光場可以提供一個類似“空泡”的結(jié)構(gòu)，其縱向加速電場可以穩(wěn)相加速電子束至數(shù)百兆電子伏特。通過載波包絡(luò)相位調(diào)制相對應(yīng)的橫向電場強度，可以實現(xiàn)對電子片形狀的不同調(diào)制。三維粒子模擬結(jié)果顯示，在特定載波包絡(luò)相位下，電子片可被調(diào)制成一個內(nèi)直徑約10μm的電子環(huán)，其縱向時間尺度約為670as，電荷量約0.19nc。

后摩爾時代的半導(dǎo)體材料“異構(gòu)外延”研究進展

中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所照明研發(fā)中心劉志強研究員與北京大學(xué)高鵬研究員、北京石墨烯研究院劉忠范院士、美國北卡羅萊納大學(xué)科研團隊合作，實現(xiàn)了石墨烯玻璃晶圓氮化物“異構(gòu)外延”突破，證實了氮化物外延擺脫襯底限制的可能性，為不同半導(dǎo)體材料之間的異構(gòu)集成提供了一個新的思路。相關(guān)成果發(fā)表于Small。半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)進入“后摩爾時代”，“超越摩爾定律”迎來了高潮，未來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需要跳出原有框架尋求新的路徑。相關(guān)研究提出了一種納米柱輔助的范德華外延方法，利用金屬有機化學(xué)氣相沉積（MOCVD）法，國際上首次在玻璃襯底上成功外延出連續(xù)平整的準單晶氮化鎵（GaN）薄膜，并制備藍光發(fā)光二極管（LED）。

3D電子束光刻技術(shù)研究進展

中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所研究員陶虎團隊與上海交通大學(xué)教授夏小霞、錢志剛合作，開發(fā)出基因重組蜘蛛絲蛋白光刻膠，實時控制加速電壓調(diào)控電子在絲蛋白光刻膠里的穿透深度、停留位置和能量吸收峰，實現(xiàn)了分子級別精度的真三維納米功能器件直寫。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Communications。電子束光刻精度極高，通常是二維微納加工獲得最小尺寸的標準工具。該技術(shù)加工精度可達14nm，接近天然絲蛋白單分子尺寸（約10nm），較之前技術(shù)提升了1個數(shù)量級。蜘蛛絲蛋白優(yōu)異的機械強度為復(fù)雜三維納米結(jié)構(gòu)提供了關(guān)鍵支持。