世界一流科技期刊文章精選

脊椎動物基因組的完整無錯誤組裝

Nature封面：朱紅蜂鳥。Nature雜志第7856期封面文章報道了脊椎動物基因組計劃（Vertebrate Genomes Project）研究進展。文章報道了16個脊椎動物物種的高質量基因組，這些動物代表了主要的脊椎動物綱，包括哺乳動物、鳥類、爬行動物、兩棲動物和魚類。研究人員首先利用朱紅蜂鳥評估了多項測序和組裝技術，再用其中最好的技術組裝了其余15個物種的基因組。根據組裝結果，研究團隊對現有基因組進行了糾錯補缺，同時回答了涉及基因組演化和生物學的一些問題。

非洲已知最早的人類下葬

Nature封面：約78000年前一名幼童部分骨骼的重建。Nature雜志第7857期封面文章報道了發現于肯尼亞海岸一處名為Panga ya Saidi的洞穴遺址遺骸，代表了非洲現代人已知最古老的有意識埋葬。雖然尼安德特人會有意識地埋葬死者，但鮮有證據表明早期人類也會這么做。這名幼童大概3歲，被研究團隊稱為“Mtoto”（斯瓦西里語的“孩子”），幼童的遺骸被側放，雙腿拉起至胸部。埋葬Mtoto的坑穴看起來是有意挖掘的，覆蓋在遺骸上的沉積物鏟自洞穴上方地面。Mtoto的發現為中石器時代人類種群對待逝者的方式提供了新的見解。

借助書寫的高性能腦-文本通信

Nature封面：聚合圖像展示了一名研究對象想要書寫時，從他神經活動中得到的字母表。Nature雜志第7858期封面文章報道了一種皮質內的腦機接口，可從運動皮質的神經活動中解碼試圖書寫的動作，并將其實時翻譯成文本。腦機接口有望讓失去運動或說話能力的人恢復與外界的交流，目前的研究方向大多集中于拿握或抓取這類運動技能。研究者與一位頸部以下癱瘓的男性合作，請他想象自己拿著一支筆嘗試在紙上書寫。這個腦機接口使用神經網絡把這些神經信號翻譯成字母，使該名男子能以每分鐘90個字符的速度書寫，準確率達到94.1%。

一種新型的蛋白交聯類型被發現

Nature封面：一個氧原子將氮原子和硫原子連在了一起（藍色為氮、紅色為氧、黃色為硫）。Nature雜志第7859期封面文章報道了半胱氨酸和賴氨酸殘基之間形成的一種此前未知的交聯。氨基酸殘基之間的交聯會影響蛋白質形狀和功能，研究人員新發現的這種N-O-S橋即起到了調節性氧化還原開關的作用，控制著會導致淋病的淋病雙球菌（Neisseria gonorrhoeae）中轉醛醇酶的活性。研究團隊還在蛋白質數據銀行（Protein Data Bank）中開展了相關研究，同時發現許多其他蛋白質家族中可能也存在這種N-O-S交聯。

（本頁期刊封面圖來自Nature官網）

緩行田鼠性染色體的轉化及雄性特異性X染色體的起源

Science封面：緩行田鼠，creeping vole（Microtus oregoni）。Science雜志第6542期封面文章報道了緩行田鼠性別決定的奧秘。研究發現在雄性緩行田鼠中存在兩個X類似的染色體，并且在雄性體細胞組織中，雄性特異的XP會出現由Xist介導的雄性特異性X染色體沉默。另外，由母本傳遞的XM染色體上有一套完整的源自祖先的Y基因。該研究表明祖先的雄性特異性基因可以被調節到雌性基因組中，同時支持了古老的X-Y基因對的劑量敏感性的這一學說。該研究同時揭示了哺乳動物性染色體轉化的新模式，也提示緩行田鼠作為模式動物的重要性。

每當潰堤發生

Science封面：舞動的河流。Science雜志第6543期封面文章報道了倫敦記者弗雷德·皮爾斯的一篇文章，介紹了研究人員正在研究河流發生致命潰決的時間、地點和原因。地理學家們已經注意到，河流多在山腳下發生沖刷。在那里，斜坡急劇變化，沉積物沉淀下來淤塞了河床。水流表上的微型河流使研究團隊能夠量化撕脫發生的頻率。密西西比河每1400年就會在路易斯安那州中部撕裂一次，在墨西哥灣沿岸形成巨大的三角洲葉狀結構。此外，研究人員還發現了從黃河、萊茵河、多瑙河、奧里諾科河和尼羅河河口一段回水長度處反復發生沖刷的證據。

脂質交換推動植物陸生過程中的共生進化

Science封面：共生的真菌。Science雜志第6544期封面文章報道了植物脂質誘使真菌共生的現象。研究表明，原始陸地植物Marchantia paleacea（粗裂地錢）也能產生脂質，并轉移到共生真菌上，并且該過程對于功能性共生是必不可少的，證明植物與真菌之間的脂質轉移同樣存在非維管植物中。這表明這一過程是在4.5億年前就發展起來的，其使得植物能在陸地上生存，并且在整個植物界都得到了保留。該研究還鑒定了脂質生物合成的轉錄調控兩個高度保守的轉錄因子：WRI和RAD1。這兩個轉錄因子是專門進化以促進共生，是植物陸地化所必需的。

海洋熱浪對珊瑚的影響研究

Science封面：保護珊瑚。Science雜志第6545期封面文章報道了珊瑚礁的當地管理。珊瑚建造珊瑚礁的能力依賴于珊瑚動物和細胞內單細胞微藻之間的營養共生。珊瑚白化是這種關系破裂的直觀表現，它是對壓力的反應，包括溫度高于正常最大值1℃到2℃。全球變暖導致白化事件的頻率和規模急劇增加，這對全世界的珊瑚礁造成了巨大的破壞。Donovan等人研究發現，在珊瑚白化后的一年內，大量大型海藻或海膽等本地因素加劇了珊瑚的損失，特別是大型藻類和海膽的豐度。這表明當地管理可以幫助減輕海洋熱浪對珊瑚的影響。

（本頁期刊封面圖來自Science官網）

從二氧化碳到淀粉人工合成研究突破

中國科學院天津工業生物技術研究所研究團隊在淀粉人工合成方面取得突破性進展，在國際上首次實現二氧化碳到淀粉的從頭合成。相關成果發表于Science。研究團隊從頭設計出11步主反應的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑，在實驗室中實現從二氧化碳到淀粉分子的全合成。研究團隊采用一種類似“搭積木”的方式，聯合中國科學院大連化學物理研究所，利用化學催化劑將高濃度二氧化碳在高密度氫能作用下還原成碳一（C1）化合物，然后通過設計構建碳一聚合新酶，依據化學聚糖反應原理將碳一化合物聚合成碳三（C3）化合物，最后通過生物途徑優化，將碳三化合物聚合成碳六（C6）化合物，再進一步合成直鏈和支鏈淀粉（Cn化合物）。

利用人工途徑從二氧化碳合成淀粉（圖片來源于中國科學院網站）

新聞發布會現場（圖片來源于中國科學院網站）

猴頭菇中抗老年癡呆二萜分子的生物合成途徑

中國科學院微生物研究所真菌學國家重點實驗室劉宏偉研究員等人成功構建了“非天然”活性猴頭菇二萜工程菌。相關成果發表于Acta Pharmaceutica Sinica B。該研究實現了在釀酒酵母中重新構筑鳥巢烷二萜的生物合成途徑，完成了22個不同結構鳥巢烷二萜的產生菌株構建，產率最高可達112.1mg/L；以同源基因簇的對比分析為線索，發現并闡明了3個簇外相關基因（eriM、eriO和eriP）的功能；揭示了由FAD依賴的氧化酶EriM催化形成烯丙醛的過程，烯丙醛的形成觸發串聯邁克爾加成-消除反應進而形成了具有顯著神經營養活性的分子erinacine A。隨后，還原酶EriB作用于自發反應中間體erinacine B而形成還原產物erinacine C。

人工多菌體系的設計與構建：合成生物學研究新前沿

北京化工大學化學資源工程國家重點實驗室蘇海佳等人與合作者就人工多菌體系撰寫了綜述文章。相關論文發表于《合成生物學》。文章指出了人工多菌體系是合成生物學領域中一個新的研究前沿，通過詳細比較單菌體系和人工多菌體系的優缺點，突出人工多菌體系在生物合成中的優勢，同時以人工多菌體系在近幾年生物合成中的最新進展為實例，從途徑分工的理性設計、菌群互作關系的理性設計、功能菌群時空有序分布以及基于模型算法指導下的多菌體系理性構建4個方面，對人工多菌體系的設計原則和構建方法進行詳細介紹。最后，成果對人工多菌體系的設計、構建以及在各種生物產品合成中的發展進行了展望。

以非特異性DNA結合蛋白構建隨機堿基編輯器

浙江大學連佳長研究團隊通過堿基編輯器提升釀酒酵母對異丁醇和醋酸鹽的抗性以及增產β-胡蘿卜素，并將隨機剪輯編輯器應用于酵母的異丁醇耐受性進化。相關成果發表于ACS Synthetic biology。該研究將可催化單鏈DNA中C到U轉變的脫氨酶APOBEC （apolipoprotein B mRNA-editing enzyme， catalytic polypeptide-like）分別與復制因子A（RFA1、RFA2和RFA3）、DNA引發酶（PRI1）的亞基、DNA解旋酶A（HCS1）、拓撲異構酶I（TOP1）融合構建隨機堿基編輯器，并用CAN1基因突變體和刀豆氨酸抗性作為報告單元比較了上述隨機堿基編輯器的性能。

天然產物生物合成過程中硫原子引入的新機制

山東大學微生物技術國家重點實驗室（微生物技術研究院）李盛英教授團隊和張友明教授團隊合作，在我國科學家發現的第一個具有全新骨架抗生素——創新霉素的生物合成中，發現了一種全新的硫原子引入機制。相關成果發表于Angewandte Chemie International Edition。研究發現JAMM家族金屬蛋白酶Cxm3能夠在Zn2+的介導下，將硫載體蛋白（Cxm4GG-COS-）中的硫原子轉移到底物小分子，實現創新霉素結構中硫原子的引入，Cxm3蛋白催化中心的鋅離子介導全新硫轉移反應。在此基礎上，合作團隊進一步通過“一鍋反應法”反應，在體外高效地重構了去甲基創新霉素的生物全合成。

產物表征與合成途徑比較（圖片來源于山大視點）

體外高效重構去甲基創新霉素的生物全合成（圖片來源于山大視點）

黃芩甲氧基黃酮代謝研究

中國科學院分子植物科學卓越創新中心趙清研究組揭示了黃芩中甲氧基黃酮的合成機制。相關成果發表于Plant Biotechnology Journal。黃芩是一種重要的傳統藥用植物，其活性物質主要是根中結構多樣的黃酮類化合物。除了常見的黃芩素、漢黃芩素以外，黃芩還含有多種甲氧基黃酮。黃酮的氧位甲基化是其基本骨架形成后的重要修飾反應，是黃酮結構及功能多樣化的重要原因。在掌握了兩類OMT特性的基礎上，研究團隊在酵母中共表達SbPFOMT5和SbFOMT6，并添加相應羥基黃酮，該酵母生產出了黃芩黃酮I，而共表達SbPFOMT5和SbFOMT5的酵母發酵產生了韌黃芩素I。

蒽醌類天然產物開環新機制

中國科學院青島能源所微生物制造工程中心呂雪峰研究員與合作者針對土曲霉地曲霉素生物合成基因簇中關鍵基因GedF和GedK展開了研究，發現了一類雙酶催化的蒽醌雙加氧開環新機制。相關成果發表于Journal of the American Chemical Society。該研究通過一系列體內敲除和體外酶活表征研究發現，GedF和GedK兩個酶共同催化了大黃素-8-甲醚的開環過程，其中GedF首先催化還原大黃素-8-甲醚產生大黃素-8-甲醚氫醌，進而大黃素-8-甲醚氫醌在GedK的作用下開環產生desmethylsulochrin。同位素追蹤實驗表明，GedK是一類獨特的不需要輔因子參與的雙加氧酶。

青花椒多種麻味物質累積的關鍵調控基因

四川農業大學林學院經濟林研究團隊惠文凱、王景燕、龔偉等人鑒定了青花椒果實中萜類、生物堿以及黃酮類生物合成通路關鍵基因。相關成果發表于Scientia Horticulturae。麻味物質是花椒果實經濟價值的重要組成部分，富含萜類、生物堿、黃酮類等化合物。研究表明，青花椒坐果后40天內果實迅速膨大，隨后40～50天完成果實的成熟過程。坐果后40天是麻味物質的主要成分萜類、生物堿和黃酮類物質開始累積的關鍵時期，該時期麻味物質生物合成的關鍵基因均極顯著上調。該研究對于進一步深入剖析麻味物質生物合成的分子機理，培育優質青花椒種質資源，改善果實風味，提高經濟價值具有重要意義。