世界一流科技期刊文章精選

冰期中被厚冰架覆蓋的淡水北冰洋

Nature封面：冰島的鉆石海灘和杰古沙龍冰河湖。Nature雜志第7844期封面文章報道了在最近的兩次冰期中，北冰洋和旁邊的北歐海曾主要由淡水組成，還被一個很厚的冰架覆蓋。一直很難有證據證實北冰洋的大部分面積曾被冰架覆蓋。Walter Geibert和同事分析了海洋沉積巖芯中的釷-230。釷-230來自鹽水中的鈾衰變。他們發現北冰洋和北歐海的多個巖芯層中都缺少釷-230，并認為這意味著不存在鹽水。研究認為，冰架起到了大壩的作用，隔開了大西洋的鹽水涌入。這一過程導致該地區在7萬～6.2萬年前及15萬～13.1萬年前充滿了淡水。

人類基因組計劃下的大發現時代

Nature封面：描繪了人類基因研究的發展歷程。同心環代表人類染色體，不同的峰代表序列草圖公布前（環上方）和公布后（環下方）引用該染色體上每個基因的出版物相對數量。Nature雜志第7845期封面文章報道了人類基因組序列草圖如何幫助重塑生物學和醫學研究，并細數了如今項目在數據采集、管護、獲取方面存在的挑戰。20年前，人類基因組計劃（Human Genome Project）公布了首個完整的人類基因組序列草圖，相關論文濃縮了近15年的研究工作。從此以后，科學界滿懷期待地邁入了“后基因組”時代。

小扭轉角度雙層石墨烯的晶格動力學定域化研究

Nature封面：探究扭曲二緯材料（Probing twistronics）。Nature雜志第7846期封面文章報道了用納米-拉曼光譜中的可見光對重構的扭轉雙層石墨烯進行了成像，并研究了這種晶格的振動模式。Ado Jorio和他的同事們將雙層石墨烯的兩個晶體網絡稍微旋轉，得到一種扭轉結構，最后得到的晶格在原子水平成像后，揭示了一些振動模式具有定域化特征，并讓研究團隊得以探究這對電子性能的影響。研究結果朝著理解聲子相關效應邁進了一步，或有助于“扭轉電子學”（twistronics）的發展。

提高載流子管理制備高效率鈣鈦礦太陽能電池

Nature封面：太陽能電池。Nature雜志第7847期封面文章報道了一種制備鈣鈦礦太陽能電池的整體方法，能夠提高對電荷載流子的管理。基于金屬鹵化物鈣鈦礦的太陽能電池由于電荷載流子復合過多，鈣鈦礦的光吸收能力一直受限。Jangwon Seo和同事們開發了一種制備高質量氧化錫電子傳輸層的沉積技術，并將其與一種能精確調控兩種鈣鈦礦材料組合的策略相結合，從而在不犧牲太陽能電池活性層帶隙的情況下提高光電性能。研究團隊最后得到的太陽能電池擁有25.2%的光電轉換效率，與硅電池相近，說明這兩種技術的性能差距正在迅速縮小。

（本頁期刊封面圖來自Nature官網）

警察的種族和性別在芝加哥警民互動中的作用

Science封面：多樣性和警務。Science雜志第6530期封面文章報道了在美國警察槍殺黑人事件備受關注之后，了解警察和平民的種族和性別是否會影響他們的互動十分重要。多元化是一項被廣泛提議的警務改革，但由于數據的限制，很難測試不同身份的警官在類似情況下的行為是否不同。根據芝加哥的微記錄，一項新的研究表明，與白人和男性警察相比，來自邊緣群體的警察使用武力的頻率更低，對輕微違法行為的攔截和逮捕也更少，尤其是西班牙裔和黑人警察，以及女性警察。這些差異在與黑人平民接觸時尤為顯著。

膜系線粒體蛋白合成機制

Science封面：線粒體的復合物。Science雜志第6531期封面文章報道了人類線粒體核糖體形成機制。這篇論文對人類線粒體中膜錨定蛋白（membrane-tethered protein）合成的分子機制做了深入闡釋，不僅以前所未有的詳細程度揭示了人類的線粒體核糖體是如何形成的，還解釋了驅動生物能量學為生命提供燃料的過程的分子機制。這是對人類線粒體核糖體（mitoribosome）如何運作的一個基本的新認識，可以解釋線粒體如何受到突變和功能失調的影響，從而導致耳聾等障礙和包括癌癥在內的疾病。

地表變化

Science封面：通過比較颶風前后獲得的SAR圖像，可以看到與洪水相關的地表變化（黃色和紅色表示日益顯著的地表變化）。Science雜志第6532期封面文章報道了一種名為干涉合成孔徑雷達（InSAR）的技術，該技術用于從太空探測地球表面的微小運動。自2018年以來，在軌民用和商用SAR衛星的數量增加了一倍多。而且今年至少還會有12個這樣的項目啟動，總數將超過60個。隨著計算技術的進步，數據處理變得更加容易，衛星群可能很快就能探測到地球上幾乎每一塊土地每天甚至每小時的地表變化，這將使新的應用成為可能。

手術粘連:粘性巨噬細胞的問題

Science封面：巨噬細胞浸潤腹膜腔傷口示意圖。Science雜志第6533期封面文章報道了腹腔巨噬細胞進入損傷部位，形成直接的保護性傷口覆蓋物。像海膽一樣原始的多細胞生物將它們的器官藏在被巨噬細胞包圍的腔體中，巨噬細胞是抗感染和修復組織的細胞。在哺乳動物中，巨噬細胞聚集成血栓樣的結構來迅速封閉損傷。這種活動會產生意想不到的后果，例如手術后疤痕組織的不良生長，現在可以用于治療。與無脊椎動物相似的是，體內巨噬細胞表達進化上古老的受體，這可能是預防粘附的潛在靶點。

（本頁期刊封面圖來自Science官網）

人體組織5－羥甲基胞嘧啶圖譜

北京大學生命科學學院、北大-清華生命科學聯合中心伊成器團隊、北京大學生命科學學院陶偉團隊和北京大學第一醫院張騫團隊合作，繪制了多種人體組織5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）的圖譜，揭示了5hmC呈現組織特異性分布的特征，暗示其與組織特異性的基因表達及其功能相關。相關成果發表于Nature Communications。哺乳動物中，5-甲基胞嘧啶（5mC）可以在TET酶的作用下轉化為5-羥甲基胞嘧啶（5hmC），對5hmC精確位置信息的掌握是深入研究其功能的基礎。該研究系統性地繪制了人體組織5hmC圖譜，為今后研究其生物學功能提供了豐富的圖譜資源。

差異羥基甲基化區域（tsDhMRs）呈現組織特異性分布并影響組織特異性功能基因的表達（圖片來源于北京大學網站）

基于液滴微流控的鏈霉菌高通量篩選技術平臺

中國科學院天津工業生物技術研究所王猛研究組開發了基于液滴微流控的鏈霉菌高通量篩選技術。相關成果發表于Communications Biology。研究表明，鏈霉菌高通量篩選技術的檢測分選速度達到約每小時1萬個菌株，人工混庫的單輪分選富集率超過330倍。鏈霉菌從孢子出發可以在液滴中穩定培養7天以上，完成萌發、分化，進行各種生物合成直至走向衰亡的完整生命周期。這一特性使開發的基于液滴微流控的鏈霉菌高通量篩選平臺可以用于菌體生長早期對于啟動子等調控元件的篩選，也可以用于生長中期對于胞內、胞外目標蛋白的篩選，且在次級代謝產物如抗生素等篩選方面具有應用前景。

生豬脂質代謝低蛋白飼糧平衡支鏈氨基酸的研究

中國科學院亞熱帶農業生態研究所印遇龍院士團隊就低蛋白飼糧平衡支鏈氨基酸（BCAA）營養在機體脂質代謝上的研究獲得新進展。相關成果發表于Journal of Agricultural and Food Chemistry。低蛋白平衡BCAA飼糧（Leu∶Ile∶Val=2∶1∶1至 2∶1∶2）可部分改善生長性能，同時通過脂肪細胞因子-AMPK-SIRT1-PPARγ信號通路，降低脂肪沉積，并通過促進脂肪組織中脂聯素和內脂素等脂肪細胞因子的分泌，抑制瘦素的分泌來調節脂質代謝，從而提高線粒體的生物功能，加速脂肪酸氧化，改善機體的脂質代謝，與前期在生長豬階段的研究形成完整的營養調控策略，也為后續功能性氨基酸新生理功能的發掘奠定理論基礎。

甜菜夜蛾P450介導阿維菌素抗性機制研究

南京農業大學吳益東教授團隊構建了首個高質量染色體水平的甜菜夜蛾參考基因組，揭示了甜菜夜蛾細胞色素P450氧化酶通過單個氨基酸突變對阿維菌素類殺蟲劑產生抗性的新機制。相關成果發表于PLoS Genetics。該研究運用基因編輯與遺傳定位相結合的新策略，快速鑒定了介導殺蟲劑抗性的P450基因，明確P450基因通過功能獲得性突變（gain of function mutation）導致害蟲抗藥性發生的分子機制。研究成果不僅為甜菜夜蛾代謝抗性基因監測預警、抗性治理策略制定，以及新型殺蟲劑研發提供重要依據，同時為昆蟲抗藥性新基因的快速鑒定提供了一套可復制的解決方案。

人源NPC1L1介導細胞膽固醇吸收的分子機制

清華大學生命科學學院隋森芳院士課題組開展了人源NPC1L1介導膽固醇吸收機制的結構研究。相關成果發表于ScienceAdvances。食物中的膽固醇主要是通過位于小腸絨毛上皮細胞中的Niemann-Pick C1-like 1（NPC1L1）蛋白來轉運進細胞的。文章解析了全長NPC1L1在Apo狀態、N端截短的NPC1L1在Apo狀態、膽固醇富集狀態，以及結合Ezetimibe狀態的冷凍電鏡結構。研究發現，NPC1L1蛋白中的甾醇敏感結構域（SSD）可以通過結合不同數量的膽固醇分子來響應膽固醇水平的變化。研究結果為進一步深入研究NPC1L1的功能和Ezetimibe的作用機制提供了依據，并對開發新型膽固醇吸收抑制劑具有重要的意義。

NPC1L1在膽固醇富集狀態下的結構。A：冷凍電子密度圖；B：原子模型。（圖片來源于清華大學網站）

大刺鰍基因組解析

華中農業大學水產學院李大鵬科研團隊從染色體層面解析了大刺鰍基因組，對性染色體的起源及重組抑制進行了相關研究，構建了魚類Y染色體完整圖譜，提出了動物性染色體近著絲粒起源的假說，為性染色體起源的研究提供了新線索。相關成果發表于Genome Biology。性染色體的起源需要在原性染色體之間建立重組抑制。在許多魚類中，性染色體對是最近起源的同態染色體。經過多世代的大刺鰍跟蹤研究，發現了該物種的間性群體，開展了大刺鰍性別連鎖區域的挖掘和分子標記開發及性染色體解析等基礎研究，揭示了著絲粒周圍存在廣泛異染色質區。

植原體侵染對棗樹腋生分生組織發育調控的研究

安徽農業大學園藝學院孫俊教授、安徽省農科院園藝研究所孫其寶研究員與合作者揭示了棗植原體效應因子SJP1和SJP2誘導棗側芽不斷萌發形成叢枝的致病機制。相關成果發表于Plant Cell and Environment。目前棗產業上面臨的最嚴重的、毀滅性的病害是植原體（Phytoplasma）侵染引起的棗瘋病（Jujube witches’broom），病株主要表現為叢枝等癥狀。棗瘋病幾乎遍布于全國所有棗產區，感病植株2～3年即死亡。研究表明，轉錄因子ZjBRC1直接結合生長素轉運因子ZjPIN1c和ZjPIN3啟動子，并下調其表達活性，從而促進ZjBRC1轉基因棗愈傷中生長素積累。

高原魚類低氧適應的新機制

中國科學院水生生物研究所魚類系統學與生物地理學實驗室研究人員對青藏高原特有魚類的特殊的血氧系統及其進化過程開展了深入研究。相關成果發表于International Journal of Biological Macromolecules。氧對生物的生存、繁殖與分布具有重要影響，生物的特異性血氧傳遞系統為實現其同環境之間的氧交互提供了保障。該研究通過選擇壓力分析和蛋白模型的構建，揭示了裂腹魚類共表達的不同類型的血紅蛋白基因在進化過程中均受到不同程度的自然選擇，造成了不同亞型的血紅蛋白在功能上表現出一定差異。基于血紅蛋白功能（親氧能力）上的進化改變，或促進了裂腹魚類對青藏高原水體環境的特殊適應。