科技名刊精選

來自寒武紀的早期后口動物

Nature封面：冠狀皺囊動物（saccorhytus coronarlus）的復原圖。Nature雜志第7640期封面文章探究一種新發現的后口動物，冠狀皺囊動物。冠狀皺囊動物是一種新發現的后口動物，生活在寒武紀最早期的中國。后口動物包含了脊椎動物、海星、腸鰓綱動物和尾索動物等物種。但由于種類繁多，且缺乏現存的形態中間體，人們很難了解早期后口動物的形態。SimonConway Morris、韓健及同事描述的微型化石屬于一種身體為袋狀、沒有肛門的生物。基于其遺骸的原始特征，研究者認為這種生物是已知最原始的后口動物：化石表明，最早的后口動物是一種小型底棲動物。

藜麥基因組序列

Nature封面：秘魯高地的婦女搗碎藜麥的場景。Nature雜志第7641期封面文章報道了藜麥（chenopodium qumoa）的參考基因組序列，藜麥是一種能夠在許多不同環境條件下生長的高營養作物。作者將光學、染色體接觸和遺傳圖譜與長讀測序結合起來，生成了藜麥的異源四倍體基因組，還測序了其它二倍體和四倍體藜屬（chenopodium）物種的基因組，以表征藜麥的遺傳多樣性和亞基因組的演化過程。他們發現了一個調控苦味皂素的生物合成的轉錄因子，以及可用于開發甜味的商業藜麥品種的標志物。

七顆類地行星繞TRAPPIST-1運行

Nature封面：七顆行星及其與TRAPPIST-1關系的藝術再現圖。Nature雜志第7642期封面文章報道了對恒星TRAPPIST-1的地面和太空光度監測的結果。M.Gillon及同事發現，至少有七顆大小和質量與地球相似的行星圍繞這顆木星大小的恒星運轉。這些行星的平衡溫度都較低，使它們的表面有可能存在液態水。Trappist-1比木星稍大，表面溫度極低，亮度僅為太陽的1/2000。由于Trappist-1又小又冷，讓圍繞它的7顆行星非常溫暖，意味著這些行星上可能存在液態水，甚至是生命。這可能是太陽系以外，最適合人類居住的地方。

人口遷移的事實

Nature封面：人口遷移。Nature雜志第7643期封面文章聚焦人口遷移專題，具體探討了各類移民報道背后的事實，并與難民和移民科學家展開對話。人口在兩個地區之間的地理流動或者空間流動，這種流動通常會涉及到永久性居住地由遷出地到遷入地的變化。在當今分化的政治環境下，針對難民和移民的大討論持續升溫。Vivek Wadhwa贊揚了為美國創造了工作和財富的外國企業家，Hubb Dijstelbloem和Gemma Galdon-Clavel則著重強調了使用技術追蹤人口流動的行為日益增加所帶來的倫理問題。

海草生態系統減少細菌，有益于人類和海洋生物

Science封面：海草。Science雜志第6326期封面文章報道了海草草甸可將對人類和海洋生物致病的細菌減少高達50%。植物在城市環境中對于去除病原體和改善水質是重要的。海草草句是地球上最廣泛的沿海生態系統，通常也與淺珊瑚礁有關。許多植物具有生物修復品質，而海草，其中有約60種物種，產生天然殺生物劑。位于海草草甸附近的珊瑚只表現出一半的疾病流行性。印度尼西亞蘇拉威西附近的有人環礁的海草草句改善了人類起源細菌對海水的污染。這種效應延伸到海洋無脊椎動物和魚類的潛在病原體。

戈登會議

Science封面：Gordon Research Conferences，http：//www.grc.org/。Science雜志第6327期封面文章報道了最新戈登會議的系列會議介紹。Gordon Research Conferences是由戈登非營利組織舉辦的國際學術研討會。議題包括生物學、化學和物理學研究的前沿和相關技術。首屆會議可追溯到1931年夏（北半球），以后擴展到每年幾乎兩百個會議。會址經常選在風景獨特地點使會議氣氛輕松。一般投稿內容為未發表成果以鼓勵自由討論。從1991年起增加科學教育分會。《科學》雜志每年都會公布戈登會議的會議主題。

進入暮色地帶

Science封面：潛入暮色深礁。Science雜志第6328期封面文章介紹了深海礁的世界。博物學家Rich Pyle參與拍攝過電影“珊瑚礁的探險之旅”，該記錄片所展現的是世界上面積最大、最壯觀，同時也是最危險的珊瑚礁群。Rich Pyle喜歡把海面以下30-150米的地方稱為暮色地帶（Twilight Zone）。淺礁，通常被明亮鮮艷的珊瑚群和魚群環繞，因而格外獲得人們的關注；但是，深海中的珊瑚礁，往往被人忽視。Rich Pyle等呼吁倡導關注中光度的珊瑚礁生態系統，在這個系統里，成千上萬種新的物種等待被人發現。

人工合成再造真核生命體基因組

Science封面：合成染色體。Science雜志第6329期封面文章報道了合成酵母基因組計劃，Synthetic Yeast Genome Project（簡稱Sc2.0）。Sc2.0由美國發起，由多國共同協作承擔，重新設計并化學合成釀酒酵母的全部16條染色體（一千四百萬個堿基，大小約為人基因組的5%）。該項目已完成五條染色體（Ⅱ，Ⅴ，Ⅵ，Ⅹ，Ⅻ）的重新設計與合成，來自華大基因、天津大學、清華大學的中國科學家完成4條，占完成量的66.7%。元英進帶領的天津大學團隊完成了5號、10號（synV、synX）染色體的化學合成。

生物科技

真核染色體合成

天津大學化工學院系統生物工程教育部重點實驗室元英進團隊在同期《科學》雜志發表了題為《化學合成十號染色體缺陷靶點定位與生長表征》和《完美設計合成V號染色體及其環化表型研究》的兩篇長文。報道了全化學合成重新設計的真核生物釀酒酵母十號染色體，長達707 Kb，創建了一種高效定位生長缺陷靶點的方法，解決了合成型基因組導致細胞失活的難題，并且提供了一種表型和基因型關聯分析的新策略，有助于延伸對基因組和細胞功能的認知：報道了精確匹配設計序列的真核生物染色體的化學合成，驗證和評判了當前真核生物人工染色體的設計原則。同時，開發了定制化人工構建釀酒酵母環形染色體的方法，為研究染色體重排、癌癥、衰老、人類染色體異常疾病等提供了新的研究思路和研究模型。

中國科學家新發現14個唇腭裂易感基因

武漢大學口腔醫學院邊專教授團隊和安徽醫科大學孫良丹教授團隊合作開展唇腭裂易感基因研究，新發現了14個非綜合征型唇腭裂相關易感基因，相關文章發表于《自然-通訊》。唇腭裂是一種先天發育性畸形，其發生率在先天缺陷畸形中居前三位，2013年我國將唇腭裂疾病納入20個重大救助疾病之一。通過對7404例非綜合征型唇腭裂患者以及16059例不同種族的正常對照組個體的研究，證實了26個遺傳區域中41個SNP位點與唇腭裂顯著相關，其中14個是首次發現的新位點。這26個遺傳區域在中國人群非綜合征型唇腭裂患者中有10.94%的遺傳率。

DNA開關調控單個分子內電流

南京大學特聘教授陶農建帶領中外學者團隊通過化學修飾，研制出首個可控制DNA開關，尺寸只有1納米，能調控單個分子內電流，相關論文發表于《自然-通訊》。蒽醌是一種包含三個苯環的特殊結構，具有氧化還原性的功能團。研究團隊利用蒽醌衍生物（Aq）對DNA雙螺旋結構進行了修飾。通過插入DNA兩個堿基對中間，獲得了具有開關功能的Aq-DNA雙螺旋。利用掃描隧道顯微鏡，可以像用手開關水龍頭一樣對插入蒽醌的DNA進行控制。DNA能表現出不同的行為方式，比如既能誘導電子表現出量子特性，像光波一樣流動，也能讓電子像在金屬電線內一樣“動如脫兔”。

成癮戒斷記憶再鞏固的DNA甲基化調控機制

中科院心理研究所隋南研究組采用嗎啡一納洛酮誘導的條件位置厭惡（CPA）范式，通過核團定位注射DNA甲基化抑制劑5-aza的方法探討了成癮階段記憶再鞏固的核團及其轉錄調控機制；相關論文發表于《行為神經學前沿》。研究首次發現DNA甲基化在成癮戒斷記憶再鞏固中發揮重要作用，此外，該研究還發現島葉Al和杏仁核BLA亞區在負性情緒記憶再鞏固中可能發揮不同的調控作用。這為探索干預成癮記憶的新靶點提供了新證據。成癮戒斷引起的負性情緒記憶長期存在，是導致成癮者復吸的關鍵因素。再鞏固是長時記憶加工的重要階段，為破壞長時程病理性記憶提供了干預的“窗口”。

生物科技

人類MFN1片段晶體結構

中山大學腫瘤防治中心高嵩教授課題組解析了MFN1片段在不同三磷酸烏苷（GTP）水解狀態下的晶體結構，闡明了MFN1水解GTP的機制，并提出了MFN1介導線粒體外膜栓連的模型，研究論文發表于《自然》。人體絕大多數細胞中都含有一種名為“線粒體”的重要“器官”（細胞器），它是細胞的“能量工廠”。線粒體的融合依賴一種名為mitofusin的蛋白質“機器”實現。這種機器錨定在線粒體的表面上，通過使用一種名為GTP的小分子化合物“燃料”來實現不同線粒體的對接和融合。Mitofusin機器有時會因為基因突變而出現某個“零件”的故障。觀察到的mitofusin機器的細微結構顯示，它通過消耗GTP燃料可以調節自身的構造，并兩兩“吸附”在一起。

細胞壁乙酰化修飾調控機制

中科院遺傳與發育生物學研究所周奕華研究組與儲成才研究組發現了一個能負調控木聚糖乙酰化水平的酶：相關論文發表于《自然一植物學》。水稻脆鞘突變體bs1具有脆鞘、矮生等表型。圖位克隆發現BS1基因編碼一個GDSL酯酶家族成員，定位于多糖“合成工廠”高爾基體上。bs1突變體細胞壁中總乙酰酯含量升高，且差異來自水稻中最主要的半纖維素木聚糖。重組BS1蛋白具有特異的木聚糖乙酰酯酶活性，反應產物得到了液相質譜（LC-QTOF）和核磁共振分析的驗證，表明BS1確為木聚糖乙酰酯酶。BS1在富含次生壁的維管束和厚壁組織中高表達，影響木質部導管的結構，進而影響植株形態和粒重等農藝性狀。

細菌Argonaute蛋白生成和加載DNA引導鏈的分子機制

中科院生物物理研究所王艷麗課題組及其合作者關于細菌Argonaute（Ag0）蛋白獨立生成和加載DNA引導鏈的分子機制，研究論文發表于《分子細胞》。真核生物的Ago蛋白是RNA干擾通路的重要組分，它們利用小的RNA引導鏈靶向互補配對的RNA分子。TtAgo能夠降解不穩定的雙鏈DNA，產生小的雙鏈DNA片段，TtAgo能夠選擇性地加載這些降解的DNA，之后引導靶DNA的降解。結合單分子熒光、分子動力學和結構研究，科研人員發現，TtAgo加載雙鏈DNA分子偏好于引導鏈的5末端相對位置處的過客鏈含有脫氧烏苷。這就解釋了為什么TtAgo在體內優先加載含有5末端脫氧胞苷的引導鏈。

青藏高原青稞早熟性相關等位基因

中科院西北高原生物研究所和四川大學合作，在青稞早熟適應性方面取得進展，相關論文發表于《理論與應用遺傳學》。青稞是青藏高原極具特色的作物類型。研究青稞早熟性形成的遺傳機制對于揭示青稞對青藏高原極短生育期條件的適應和進化過程具有重要的科學意義。來自西藏的青稞地方品種“拉魯青稞”EAM8第三個內含子中存在的A/G替換導致該基因在轉錄時發生可變剪接和內含子保留，之后提前出現的終止密碼子最終導致無功能的截斷蛋白的形成，將該等位基因定名為eam8.1。eam8.1等位基因是植物中第一個發現的可變剪接導致早熟的自然突變基因。

納微技術

“隱形”二維納米材料可活化巨噬細胞

中科院過程工程研究所生化工程國家重點實驗室馬光輝主任團隊發現了“隱形”二維納米材料活化巨噬細胞的全新機制，研究論文發表于《自然一通訊》。與其他維度材料不同，修飾聚乙二醇后的氧化石墨烯（nGO-PEG）雖然不會被巨噬細胞攝取，但卻會加速膜流動性、促進細胞遷移速率并誘導大量炎癥因子：通過與國外同行合作進行模擬計算，該團隊進一步發現nGO-PEG可借助表面摩擦和嵌插入膜兩種方式與巨噬細胞發生相互作用：在此過程中，通過刺激細胞膜上整合素αvβ8激活內部信號，最終活化巨噬細胞。該工作提示二維納米材料特殊的維度可能引發截然不同的納米一生物界面效應，在進行生物醫學應用時需格外關注。

具有聲音感知能力的智能石墨烯人工喉

清華大學微電子所任天令教授研究團隊首次實現石墨烯智能人工喉，研究論文發表于《自然-通訊》。該多孔石墨烯材料一方面具有高熱導率和低熱容率，能夠通過熱聲效應發出100Hz-40kHz的寬頻譜聲音；另一方面多孔結構對壓力極為敏感，能夠感知發聲時喉嚨處的微弱振動，可以通過壓阻效應接收聲音信號，從而實現了單器件聲音收發一體化集成。該智能器件具有聲音收發一體化的特點，既能接收聲音，又可以發射聲音，并且具有良好的生物兼容性，貼附在聾啞人喉部便可以輔助聾啞人“開口說話”。該器件是石墨烯在可穿戴領域的全新應用，并有望在生物醫療、語音識別等領域產生重要影響。

六角氮化硼溝槽中成功制備石墨烯納米帶

中科院上海微系統與信息技術研究所信息功能材料國家重點實驗室王浩敏研究員團隊通過模板法在六角氮化硼溝槽中實現石墨烯納米帶可控生長，成功打開石墨烯帶隙，并在室溫下驗證了其優良的電學性能，為研發石墨烯數字電路提供了一種可能的技術路徑；研究論文發表于《自然一通訊》。石墨烯是一種由單層碳原子組成的二維原子晶體，具有優異的物理、化學和電學特性。研究人員通過金屬納米顆粒刻蝕六角氮化硼單晶襯底，切割出單原子層厚度、邊緣平直且沿鋸齒型（Zigzag）方向、寬度具有一定可控性的納米溝槽，然后通過化學氣相沉積法在溝槽中制備出長度達到數微米且寬度小于10納米的高質量石墨烯納米帶。

一維納米線中的相分離

中科院合肥物質科學研究院強磁場科學中心陸輕鈾課題組與中科大曾長淦課題組合作，利用自主研制的強磁場可變溫磁力顯微鏡（MFM），在一維相分離的單晶納米線中觀測到本征的隧道結，為該材料中出現的量子遂穿效應以及一種新型穩定的量子逾滲態提供了證據支持，相關論文發表于《納米快報》。該納米線在加場變溫下的理論模型說明，在零場或者低場下，相鄰鐵磁疇被中間剩余的較薄絕緣相隔開，形成隧穿結構。隨著磁場增大，部分絕緣疇轉化為鐵磁疇，形成隧穿結。由于一維各向異性，在低溫強磁場下絕緣疇仍能穩定存在，只是被壓縮成很細的條帶，從而在納米線中形成本征的隧道結，穩定一種新型的量子逾滲態。

納微技術

納米材料抑制腫瘤生長

中科院上海硅酸鹽所研究員施劍林團隊采用改進的自蔓延燃燒方法，并制備出單分散的、直徑100納米左右的硅化鎂納米顆粒。這種納米顆粒在正常組織環境下性能穩定，無毒無害且制備成本低。而在腫瘤的弱酸性環境下，可以與質子反應生成硅烷。這種硅烷分子極易與氧分子反應，從而達到抑制腫瘤生長的蟊的。這些氧化硅顆粒還可以在一定時間后徹底降解，因此不存在毒副作用。相關成果發表于《自然-納米技術》。癌癥病人在化療中通常需要使用高毒性的化療藥物。由于藥物的非特異性，在殺死癌細胞的同時，同樣殺死正常細胞，損害正常的組織和器官。事實上，70%以上接受化療的癌癥患者，最后死于藥物毒性。

納米金催化

中科院大連化學物理研究所研究員張濤、劉曉艷團隊采用鋅鋁水滑石負載的硫醇保護Au25原子團簇作為前驅體制得的納米金催化劑，在含有其它不飽和取代基團的芳香硝基化合物選擇加氫反應中表現出較高的選擇性，相關研究成果發表在《德國應用化學》。采用環境友好的半胱氨酸作為保護劑，制得了原子數可控的Au25原子團簇，并將其作為金的前驅體負載于鋅鋁水滑石載體上。由于S與Au和Zn原子之間較強的相互作用，且金顆粒能夠在載體表面發生外延生長，使金原子簇得以高度分散，即使經過500℃高溫焙燒，仍不容易發生聚集長大，其平均粒徑保持在2nm。

納米二氧化錫單晶低能{110}面的電化學傳感新效應

中科院合肥物質科學研究院智能機械研究所研究員黃行九課題組發現了納米二氧化錫低能{110}面對重金屬離子如Pb（11）與cd（11）增強的電化學敏感行為，并揭示其響應機制；相關成果發表于《分析化學》。二氧化錫是一種典型的寬帶隙（3.6eV）n-型半導體材料，由于表面氧缺陷以及量子尺寸效應，使得其被廣泛地應用于氣敏傳感器中。吸附在低能{110}面上的Pb（Ⅱ）的Pb-O鍵的鍵長大于高能{221}面。DFT計算與XAFS光譜解析相結合從原子層面上解釋了暴露不同晶面的二氧化錫納米結構材料對Pb（Ⅱ）與Cd（Ⅱ）不同的電化學響應機制。該工作揭示了晶面對電化學行為的影響機制。

DNA智能水凝膠

中科院上海應用物理研究所柳華杰、樊春海等在界面DNA智能水凝膠的設計、制備及圖案化研究方面取得進展，相關工作發表于《德國應用化學》DNA水凝膠是一種新型的生物大分子功能材料，通常由人工合成或天然提取的DNA作為原料，進行三維交聯形成空間網絡而成。由于DNA本身為生物大分子，形成水凝膠后將具有很好的生物相容性。在新方法中DNA凝膠化將起始于HCR反應引發劑的加入，并通過后續的級聯反應逐步形成網絡并加強。這與“均相聚合”中各種原料同時交聯是截然不同的。在相同DNA用量條件下，使用新方法獲得的DNA水凝膠具有目前為止最高的結構強度。