《自然》

蒂莫西綜合征的反義寡核苷酸治療

《自然》封面：象征神經(jīng)發(fā)育的無人機冰圖。蒂莫西綜合征是一種基因突變引起的罕見遺傳病，其特征為心臟缺陷、自閉癥和癲癇?！蹲匀弧冯s志第8009期封面文章報道了修正這一突變所致缺陷并治療這種疾病的潛在方法。研究團隊開發(fā)反義寡核苷酸能減少相關(guān)基因?qū)y帶突變的蛋白質(zhì)編碼序列的使用，更多地使用另一序列。隨后從取自蒂莫西綜合征患者的干細胞獲得的皮質(zhì)類器官和前腦類組裝體中測試了這種策略。通過測試后，將這些類器官移植到新生大鼠的腦皮質(zhì)中，證明反義寡核苷酸療法修正了相關(guān)基因缺陷導致的鈣和神經(jīng)細胞結(jié)構(gòu)性問題。

鍛煉的效果

《自然》封面：一只跑步的老鼠?！蹲匀弧冯s志第8010期封面文章報道了規(guī)律運動有益于機體的分子機制。有規(guī)律的運動可以促進全身健康，預防疾病，但其潛在的分子機制尚不完全清楚。研究人員對雄性和雌性大鼠進行了為期八周的跑步機運動，測量了大量組織中轉(zhuǎn)錄組、表觀基因組、蛋白質(zhì)組、代謝組、脂質(zhì)組和免疫組的變化。隨之發(fā)現(xiàn)了成千上萬的分子變化，這些變化共同提供了對身體適應運動時免疫、代謝和壓力反應途徑的益處的見解。文章提供的數(shù)據(jù)和分析將為理解和探索耐力訓練的多組織分子效應提供寶貴的資源。

未來煉油廠

《自然》封面：換油?！蹲匀弧冯s志第8011期封面文章報道了對煉油廠進行完全零化石的改造?；剂瞎耸澜缟辖^大部分能源，是許多重要日常用品的基礎(chǔ)，但它們也是二氧化碳排放的主要來源。雖然可再生能源有望替代化石能源，但對煉油廠生產(chǎn)的運輸燃料和化學物質(zhì)的需求仍然存在。文章指出，有了足夠的長期承諾和支持，就能找到打造這類煉油廠所需的科學技術(shù)，論文還繪制了通往這一目標的路線圖。設計的未來煉油廠需要有比目前更大的面積、更多的礦產(chǎn)資源，和具有生產(chǎn)大量可再生能源的能力，從而更好地生產(chǎn)氫氣和捕獲二氧化碳。

太陽發(fā)電機起源于太陽表面附近

《自然》封面：美國航空航天局太陽動力學觀測臺于2010—2020年間拍攝的約150張?zhí)栒掌暮铣砂?，這些照片記錄了太陽磁場在近一整個太陽黑子周期內(nèi)的變化。太陽的11年周期會使太陽磁場發(fā)生變化，這從太陽黑子的出現(xiàn)和移動中一望即知。傳統(tǒng)模型認為，太陽發(fā)電機起源于太陽深處。然而，《自然》雜志第8013期封面文章報道了與之情況完全相反的模型。研究發(fā)現(xiàn)，接近太陽表面的不穩(wěn)定性能更好地解釋太陽發(fā)電機的各種特征。

（本頁期刊封面圖來自《自然》官網(wǎng)）

《科學》

木衛(wèi)一上火山長期活動的同位素證據(jù)

《科學》封面：木星衛(wèi)星木衛(wèi)一擁有廣泛的火山活動。《科學》雜志第6696期封面文章報道了使用對木衛(wèi)一大氣的亞毫米觀測數(shù)據(jù)來測量氣態(tài)二氧化硫與一氧化硫中的硫同位素，以及氣態(tài)氯化鈉和氯化鉀中的氯同位素。木星的衛(wèi)星木衛(wèi)一是太陽系中火山活動最活躍的天體，這主要是它內(nèi)部的潮汐加熱導致。目前尚不清楚這種活動持續(xù)了多長時間，因為火山流覆蓋了木衛(wèi)一的表面，抹去了它的大部分歷史記錄。研究發(fā)現(xiàn)，木衛(wèi)一已經(jīng)損失了94%至99%的可用硫，硫與氯高度富集，表明木衛(wèi)一在大部分行星歷史過程中一直存在活躍的火山活動。

工具的使用提高了海獺的覓食成功率和牙齒健康

《科學》封面：南方海獺。《科學》雜志第6697期封面文章報道了一些不經(jīng)常使用工具的海獺會比根本不用工具海獺的牙齒磨損更多，這可能源于其飲食的專門化。海獺除了用牙齒來咬碎獵物外還會使用工具，人們還觀察到海獺會用巖石、貝殼、人類垃圾，甚至船體來敲擊堅硬的獵物，其中包括海螺、海膽或蛤蜊。海獺通常更喜歡捕食不僅高能量而且易于加工的獵物。然而，在海獺生活密度高的地區(qū)，物種內(nèi)的競爭可能會導致容易獲取的首選獵物的耗竭（比如鮑魚），因而迫使某些海獺會去特別尋找其他類型的獵物，進而影響它們對工具覓食的依賴。

解碼大腦

《科學》封面：大腦的橫截面?！犊茖W》雜志第6698期封面文章報道了不同年齡和發(fā)育階段的個體的大腦，以闡明早期發(fā)育過程中的細胞過程，并評估在各種臨床條件中起作用的改變。美國國立衛(wèi)生研究院于2015年建立心理健康研究項目——心理編碼聯(lián)盟，這是一個多機構(gòu)協(xié)作的機構(gòu)，聯(lián)盟匯集了腦科學領(lǐng)域相關(guān)的多學科團隊。他們通過一系列研究發(fā)現(xiàn)并揭示了健康和疾病條件下大腦發(fā)育和功能調(diào)節(jié)的詳細機理。這個聯(lián)盟收集的大量數(shù)據(jù)也可供其他研究人員查閱，以便繼續(xù)在這里提供的見解基礎(chǔ)上，幫助解開更多的人類大腦秘密。

與宿主的共同進化是繁殖寄生杜鵑物種形成的基礎(chǔ)

《科學》封面：細尾鷯鶯。《科學》雜志第6699期封面文章報道了與宿主的共同進化是雛寄生青銅鵑物種分化的基礎(chǔ)。相互作用的物種之間的共同進化被認為會增加生物多樣性，但將微觀進化過程與宏觀進化模式聯(lián)系起來的證據(jù)卻很少。研究人員利用20年的行為學研究結(jié)合歷史DNA分析，發(fā)現(xiàn)宿主拒絕杜鵑雛鳥，在杜鵑利用多個宿主的情況下，模仿的選擇會導致與宿主偏好相對應的遺傳和表型差異。此項研究揭示了物種變異的微觀進化過程，闡明了驅(qū)動生物多樣化的最常見但特征不佳的進化過程。

（本頁期刊封面圖來自《科學》官網(wǎng)）

古生物研究

植物硅生物礦化作用研究

云南大學古生物研究院馮卓帶領(lǐng)的植物古生態(tài)團隊利用多種技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)生植物與化石植物的對比研究，證實2.5億年前的植物已具有很強的硅生物礦化能力，首次為植物在地球系統(tǒng)演化過程中的改造作用提供了直接的化石證據(jù)。相關(guān)成果發(fā)表于《國家科學評論》（National Science Review）。自4.7億年前植物“登陸”以來，植物無時無刻不以其獨特的方式默默地改造著地球的各個圈層，使地球逐步演變成我們今天的宜居家園。研究團隊在云南曲靖富源地區(qū)二疊紀地層發(fā)現(xiàn)了百余件保存良好的卷柏葉片化石?；谛螒B(tài)學、解剖學及原位元素能譜分析等方法，對比現(xiàn)生卷柏，證實了這些化石卷柏已經(jīng)具有很強的硅生物礦化作用能力。

巨顱人：東亞地區(qū)人類演化新認知

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所吳秀杰研究員與美國夏威夷大學克里斯合作，開展古人類變異研究，解析東亞晚第四紀（距今約30萬～5萬年）古人類化石的分布及其分類單元。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。21世紀以來，中國地區(qū)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)或報道了澎湖、許昌、華龍洞、夏河、哈爾濱等“非直立人古老型人類”。在中國的周邊地區(qū)，也相繼發(fā)現(xiàn)了一些新的古人類成員?？傮w上說，東亞地區(qū)晚第四紀時期的古人類化石形態(tài)復雜多樣，存在多種譜系的人種成員，以往統(tǒng)一命名的“早期智人”“古老型智人”概念，相當于廣義上的“東亞地區(qū)中更新世非直立人古老型人群”，并不代表其演化分類上的物種單元。

冰川影響不同發(fā)育階段的冰湖湖水和沉積物細菌群落

中國科學院青藏高原研究所環(huán)境變化與多圈層過程團隊劉勇勤研究員等合作，對拉薩市當雄縣羊八井鎮(zhèn)的廓瓊崗日冰川退縮后形成的7個冰湖的水樣和沉積物樣本微生物群落開展了研究，探討了冰川退縮對不同發(fā)育階段冰湖中的湖水和沉積物細菌群落多樣性和共生模式的影響機理。相關(guān)成果發(fā)表于《微生物生態(tài)學》（Microbial Ecology）。研究結(jié)果表明，在冰湖的發(fā)育過程中，湖水和沉積物中的細菌多樣性、網(wǎng)絡復雜性呈現(xiàn)相反的趨勢。

樹科楓香型（落葉）與蕈樹型（常綠）花粉鑒別的新評估與挑戰(zhàn)

中國科學院南京地質(zhì)古生物研究所研究員毛禮米課題組與中國科學院植物研究所賴陽均博士合作，分析了蕈樹科花粉歸類標準的可行性及存在的問題。相關(guān)成果發(fā)表于《古植物與孢粉學論評》（Review of Palaeobotany and Palynology）。蕈樹科由楓香樹屬的15個種組成。傳統(tǒng)分類將熱帶常綠的種類歸為蕈樹屬，溫帶落葉樹的種類歸為楓香樹屬。作為木本植物群落，其化石花粉被廣泛應用于古植被與古氣候重建。研究認為，化石花粉分析人員在形態(tài)鑒別特征尚未明確時應保持謹慎，在鑒定與歸類蕈樹科化石花粉時，建議嚴謹?shù)厥褂谩稗淇苹ǚ邸眮斫y(tǒng)稱，并非人為區(qū)分為“楓香型”與“蕈樹型”兩個花粉類型。

納米科技

發(fā)現(xiàn)自發(fā)水平振蕩的懸浮光熱氣泡

復旦大學鄧道盛/胡曼課題組報道了一種懸浮在固/液界面上自發(fā)水平振蕩的光熱氣泡。相關(guān)成果發(fā)表于《美國國家科學院院刊》（PNAS）。活性物質(zhì)，如自我推進的布朗粒子或微型游泳者能從環(huán)境中消耗能量并將其轉(zhuǎn)化為動能，實現(xiàn)定向運動或?qū)Ш剑瑸槲?納米機器人在工程和生物領(lǐng)域的應用提供啟示。論文通過將一束固定的近紅外激光垂直穿過透明的藍寶石玻片照射到乙醇液體中，利用乙醇對入射激光的體吸收光熱響應，觀察到光熱氣泡在垂直于入射激光方向平面內(nèi)的自發(fā)對稱破缺行為，這一氣泡在液體/固體界面上呈現(xiàn)出顯著的自發(fā)水平振蕩運動。課題組利用光學衍射元件將激光束分成兩個光斑，分析雙氣泡的耦合振蕩動力學。

可伸縮的超強成骨性薄膜

北京大學口腔醫(yī)學院鄧旭亮教授課題組和北京航空航天大學化學學院程群峰教授課題組在二維納米復合材料連續(xù)化制備及骨再生應用研究領(lǐng)域取得了最新進展。相關(guān)成果發(fā)表于《自然》（Nature）。發(fā)展具有骨再生微環(huán)境調(diào)控作用的高強度自支撐新型材料是實現(xiàn)高效、安全促成骨的關(guān)鍵策略。研究開發(fā)了具有成骨微環(huán)境調(diào)控作用的高強度自支撐的骨再生引導膜材料，實現(xiàn)了高效率的骨再生效果，開辟了納米復合薄膜材料在骨再生領(lǐng)域的新應用。這項研究解決了實現(xiàn)高效、安全促成骨的長期挑戰(zhàn)，深入解析納米復合薄膜引導骨再生的級聯(lián)生物學過程，為其他二維納米材料的高性能規(guī)模化組裝及生物醫(yī)學應用研究提供了新思路。

氣體擴散電極界面新研究

電子科技大學基礎(chǔ)與前沿研究院崔春華教授團隊發(fā)現(xiàn)在對氣體擴散電極供氣的過程中，氣體通過多孔膜會形成高濃度的納米氣泡，從而形成大量的氣/液界面，促進氧化還原活性物種的形成。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。氣體擴散電極（GDE）在通過多孔膜供氣的過程中可以產(chǎn)生大量的納米氣泡，形成豐富的氣/液界面。目前迫切需要確認氣體擴散電極界面處是否可以觸發(fā)反應性基團。這些基團在反應物的激活和轉(zhuǎn)化過程中扮演重要角色。研究使用了一側(cè)親水，另一側(cè)疏水的碳紙作為多孔膜，并通入氣體。實驗過程中不負載催化劑且不外加電壓，通過自旋捕獲劑實時捕獲活性基團。

納米水凝膠干擾外泌體通信用以對抗腫瘤免疫適應性

國家納米科學中心陳春英院士課題組在抗腫瘤納米藥物研究領(lǐng)域“靶向腫瘤細胞膜的短肽納米纖維材料”取得新進展，通過干擾腫瘤外泌體通信，抑制腫瘤免疫微環(huán)境中的腫瘤適應性。相關(guān)成果發(fā)表于《ACS納米》（ACS Nano）。納米技術(shù)為我們提供了多種智能策略來對抗乏氧的腫瘤微環(huán)境，然而，通過切斷腫瘤內(nèi)部及遠距離通信，實現(xiàn)腫瘤微環(huán)境全面改善的治療方式仍有待系統(tǒng)探索與研究。文章報道了通過在乏氧腫瘤細胞表面形成納米纖維狀水凝膠結(jié)構(gòu)，抑制腫瘤外泌體擴散，同時攜帶一種抑制劑以改善腫瘤低氧環(huán)境，最終增強免疫系統(tǒng)對腫瘤的殺傷能力，實現(xiàn)治療過程中更高效的腫瘤微環(huán)境時空控制治療策略。

綠色化學

聚合物藍相液晶原位表征

中國科學院理化技術(shù)研究所仿生材料與界面科學中心江雷院士、王京霞研究員團隊與低溫材料及應用超導研究中心李來風研究員團隊及中國科學院化學研究所關(guān)波研究員等合作，發(fā)展一系列針對聚合物穩(wěn)定藍相原位變溫表征方法。相關(guān)成果發(fā)表于《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）。論文研究了不同聚合物含量下，藍相聚合物網(wǎng)絡的分布、熱誘導演化過程和對藍相光學特性的影響。通過增加聚合物含量，液晶聚合物分布發(fā)生改變，傾向于填充于藍相雙扭柱中，聚合物網(wǎng)絡的變形行為受到抑制，從而提高了穩(wěn)定性。論文還對比了不同聚合物含量的激光特性，為高品質(zhì)激光器件的開發(fā)提供新思路。

綠色合成氣研究

上海交通大學機械與動力工程學院新能源動力研究所黃震院士團隊周寶文副教授與國內(nèi)外合作者通過二元非金屬催化劑活化木質(zhì)素豐富的碳-碳和碳-氧鍵，實現(xiàn)太陽光驅(qū)動木質(zhì)素和水高效轉(zhuǎn)化制綠色合成氣。相關(guān)成果發(fā)表于《德國應用化學》（Angewandte Chemie International Edition）。合成氣（一氧化碳和氫氣的混合物）是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)液態(tài)燃料的基礎(chǔ)原料，傳統(tǒng)生產(chǎn)過程能耗高、二氧化碳排放嚴重，開發(fā)碳中性可持續(xù)的合成氣供應方案具有重要意義。木質(zhì)纖維素是地球規(guī)模最大的可再生碳氫資源，年產(chǎn)量約1800億噸。太陽能驅(qū)動木質(zhì)素和水制綠色合成氣有望為碳中性液態(tài)燃料的可持續(xù)供應提供新的解決方案。

二維硼鉬烯納米片新研究

華東理工大學材料科學與工程學院張良柱特聘副研究員與中國科學院大連化學物理研究所吳忠?guī)浹芯繂T、上海大學葛軍怡教授、北京航空航天大學孫志梅教授、德國工程院院士馮新亮教授等合作，在二維硼鉬烯納米片室溫鐵磁性研究取得新進展。相關(guān)成果發(fā)表于《先進材料》（Advanced Materials）。二維磁性材料是凝聚態(tài)領(lǐng)域的研究熱點，二維層狀磁性材料容易加工成平面的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，相比傳統(tǒng)的塊體磁性材料具有顯著的優(yōu)勢。結(jié)合理論計算發(fā)現(xiàn)，新制備納米片的鐵磁性起源歸因于鉬空位缺陷，這些缺陷在費米表面附近產(chǎn)生大密度態(tài)，并自發(fā)自旋分裂帶，最終導致系統(tǒng)的非零磁矩和自旋極化。

自由基介導的點擊與剪切反應

清華大學徐江飛等人基于硫亞胺的成鍵和斷鍵，建立了吩噻嗪和胺之間的點擊-剪切反應。相關(guān)成果發(fā)表于《科學》（Science）。點擊反應是能夠在溫和條件下將分子基元進行快速、高效、高選擇性連接的反應。同時，構(gòu)建功能分子體系也常需要高效的斷鍵反應，以實現(xiàn)分子連接的可控剪切。然而，由于點擊反應往往具有較高的熱力學驅(qū)動傾向，其逆過程通常很難發(fā)生，因而生成的分子連接不易進行選擇性的斷鍵。因此通過同一化學鍵的生成和斷裂構(gòu)建一對點擊-剪切反應序列是尚未解決的難題。新技術(shù)實現(xiàn)自由基介導的點擊-剪切反應可用于具有氨基位點的α-環(huán)糊精的可逆修飾，以及通過界面聚合構(gòu)筑可解聚高分子。

種子資源

人工智能加速葡萄育種

中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術(shù)廣東省實驗室深圳分中心）周永鋒團隊繪制了首個葡萄圖形泛參考基因組、基因型圖譜和農(nóng)藝性狀圖譜。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·遺傳學》（Nature Genetics）。由于葡萄生長周期長、基因組雜合度高，利用雜交技術(shù)進行葡萄育種的傳統(tǒng)方法耗時長、效果不佳，導致葡萄的生物育種技術(shù)遠遠滯后于水稻、小麥等一年生糧食作物。研究團隊開發(fā)了一種利用機器學習指導葡萄育種的新方法，構(gòu)建了馴化葡萄圖形泛參考基因組，消除了參考基因組的偏差，繪制了葡萄基因型圖譜與重要表型圖譜，有望大幅縮短葡萄育種周期，加速葡萄品種創(chuàng)新，并為其他多年生作物育種提供方法參考。

抗旱基因調(diào)控小麥地上部生長的分子機制

西北農(nóng)林科技大學農(nóng)學院李學軍教授團隊揭示了抗旱基因加快生長素代謝，調(diào)控小麥地上部生長的分子機制。相關(guān)成果發(fā)表于《植物生理學》（Plant Physiology）。挖掘并利用抗旱基因是提高小麥應對干旱脅迫最有效的方式之一。然而越來越多的研究表明，過表達抗旱基因容易導致小麥生長遲緩、干物質(zhì)積累變慢，相關(guān)分子機制也未完全闡明。研究發(fā)現(xiàn)，過表達某基因?qū)е滦←溓o長變短、葉片變小、干物質(zhì)積累量降低。外施生長素后，過表達基因小麥的莖長、葉片大小和干物質(zhì)積累量等能夠恢復到野生型水平，說明這一基因通過加快生長素代謝減緩小麥地上部生長。研究成果對于作物抗逆與高效生產(chǎn)具有指導和借鑒意義。

玉米廣譜數(shù)量抗性分子機制研究

中國農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院徐明良課題組闡述了玉米廣譜數(shù)量抗病基因的克隆和抗病分子機制。相關(guān)成果發(fā)表于《自然·遺傳學》（Nature Genetics）。玉米是我國第一大糧食作物，在糧食安全戰(zhàn)略中發(fā)揮著重要作用。然而，玉米在生長過程中面臨諸多病原菌造成的病害問題。灰斑病、大斑病和小斑病是3種嚴重的玉米葉部病害，對玉米產(chǎn)量造成極大威脅。在自然環(huán)境條件下，玉米不同病害往往會同時發(fā)生，而玉米同時應對多種病害的遺傳基礎(chǔ)和分子機制尚未明確。研究團隊經(jīng)過十余年長期潛心研究，提出了蛋白激酶的基因介導的玉米廣譜數(shù)量抗性工作模型，對玉米廣譜抗病和感病提出了獨到的見解。

水稻和小麥種子大小和重量調(diào)控的新機制

中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所李云海研究組與汪迎春研究員、河南大學周云教授等合作發(fā)現(xiàn)了調(diào)控水稻和小麥籽粒大小和粒重的新機制。相關(guān)成果發(fā)表于《細胞報告》（Cell Reports）。水稻和小麥是重要的糧食作物，籽粒大小和粒重是影響作物產(chǎn)量的重要因素。因此，挖掘調(diào)控水稻和小麥籽粒大小和粒重的關(guān)鍵基因并解析其分子機制，對于提高作物產(chǎn)量具有重要的利用價值和指導意義。研究發(fā)現(xiàn)，同一遺傳途徑能調(diào)控水稻籽粒大小和粒重，但獨立于前期報道的一個調(diào)控水稻籽粒大小和產(chǎn)量的轉(zhuǎn)錄因子。通過基因編輯技術(shù)敲除同源基因也會顯著增加籽粒的長、寬和粒重，這表明增強子在水稻和小麥中具有保守的功能?？?/p>

有利于葡萄性狀遺傳和基因組育種（圖片來源于《自然》網(wǎng)站）