世界一流科技期刊文章精選

農業科技

人獸共患隱孢子蟲宿主適應性演化研究

華南農業大學肖立華、馮耀宇與中國農業大學張子丁等合作，解析了世界各地人獸共患微小隱孢子蟲的遺傳特征、基因滲入部位、遺傳重組機制及宿主適應性演化過程。相關成果發表于《分子生物學與進化》（Molecular?Biology?and?Evolution）。微小隱孢子蟲是常見寄生原蟲，可引起人和家畜水樣腹瀉，嚴重影響人類健康和畜牧業發展，其中不同地理來源分離株具有宿主范圍差異。研究證實伴隨動物貿易的病原引進，可改變隱孢子蟲的群體結構、宿主范圍和人獸共患性，提示我國應該加強生物安全和隱孢子蟲分子監測，以防止在集約化養殖發達的國家流行的Ⅱa亞型在我國涌現。

重新激活小麥基因組中沉默的抗病基因

中國科學院遺傳與發育生物學研究所劉志勇、趙玉勝等人合作，利用基因工程手段對小麥基因組中一個被轉座子插入而沉默的抗病基因序列進行遺傳操作，激活其在感病小麥品種中的表達，重新賦予其抗白粉病功能。相關成果發表于《植物生物技術雜志》（Plant?Biotechnology?Journal）。普通小麥是異源六倍體，經歷了兩次多倍化和馴化后，其遺傳多樣性與野生種相比大幅降低，優異基因及其等位基因遺傳基礎極其狹窄，極大限制了現代小麥育種中諸多性狀的遺傳改良。尋找小麥基因發掘新方法和提高遺傳多樣性的新途徑，對于小麥遺傳改良具有重要意義。這一研究為抵抗小麥白粉病提供了新的可應用基因資源。

現代玉米雜種優勢群遺傳演化的基因組學基礎

中國農業科學院作物科學研究所玉米優異種質資源發掘與創新利用團隊聯合國內高校及科研機構共同研究，揭示了玉米父、母本雜種優勢群趨同與趨異選擇的遺傳規律，解析了玉米基因組分化特征及其對雜種優勢的貢獻。相關成果發表于《自然·植物》（Nature?Plants）。玉米單產水平的提升主要取決于父、母本雜種優勢群的持續改良和配組方式的優化。然而，現代育種過程中父、母本雜種優勢群的遺傳改良規律及其基因組學基礎尚不清楚。此項研究收集整理了1604份國內外不同育種時期、不同雜種優勢群的代表性玉米自交系，開展了玉米雜交種父、母本群的遺傳改良、強優勢雜交種的選育及全基因組選擇育種技術的開發。

民豬腸道微生物資源挖掘和利用研究

東北農業大學動物科學技術學院石寶明教授團隊開展了宿主-微生物相互作用介導的豬對炎癥性腸病的抵抗研究。相關成果發表于《微生物組》（Microbiome）。民豬作為黑龍江省地方寶藏豬種，具有優良的抗病能力、抗寒能力和耐粗飼等特點，其獨特的免疫表型和差異化的腸道微生物結構功能為研究腸道微生物與宿主抗病表型的調節機制提供了理想的比較學模型。文章整合微生物組、代謝組及轉錄組學及系列驗證試驗，系統性解析宿主-微生物互作對抗病表型的促進機制，表明宿主-微生物互作通過保持相關受體不激活，維持機體免疫耐受模式以及恢復腸道屏障功能以促進抗病性。

根系與共生真菌驅動小麥氮素利用效率的生育期互補機制研究

南京農業大學農學院楊海水教授與國內外科學家合作，發現氮高效小麥品種吸收和轉化氮素新機制。相關成果發表于《新植物學家》（New?Phytologist）。提高氮素利用效率（NUE）以降低氮素投入而改善農業環境并節約生產成本是實現小麥可持續生產的主要目標。研究表明，根系和叢枝菌根真菌（AMF）在驅動小麥NUE方面表現出生育期互補現象（Temporal?complementarity）。小麥花前氮素吸收效率主要依賴根系功能性狀，而花前吸收氮素轉化形成籽粒生物量的效率（EN，g）受AMF的強烈影響。高EN，g小麥品種依賴AMF在花后吸磷而可能提高灌漿期光合碳同化效率且提高花前吸收氮素的籽粒生物量轉化效率，增加產量。

小麥赤霉病菌多樣性及毒素累積研究

西北農林科技大學胡小平等人揭示了我國主要麥區內單個發病麥穗上鐮刀菌種群的多樣性，并進一步分析發病麥穗上鐮刀菌的多樣性與毒素積累之間的關系。相關成果發表于《分子生態學》（Molecular?Ecology）。小麥赤霉病是世界各國麥區廣泛發生的毀滅性病害，在我國黃淮麥區及長江中下游麥區發生最為嚴重。小麥赤霉病是由多種鐮刀菌引起的病害，單個發病麥穗上鐮刀菌的多樣性及其與毒素積累間的關系尚未得到解析。研究發現，隨著發病麥穗上鐮刀菌種類的多樣性增加，DON、15Ac-DON和ZEN毒素的含量顯著降低，但NIV毒素含量明顯增加，病穗上鐮刀菌的多樣性對不同毒素的積累具有顯著的影響。

首個植物E3泛素連接酶文庫

中國農業科學院植物保護研究所創制首個植物E3泛素連接酶文庫并揭示水稻抗稻瘟病新機制。相關成果發表于《基因組生物學》（Genome?Biology）。泛素化修飾是真核生物體內最重要的蛋白翻譯后修飾之一，在蛋白降解、轉錄調控和信號轉導等多個細胞學過程中發揮著關鍵作用。研究從1515個水稻E3泛素連接酶基因中獲得1499個E3泛素連接酶的全長編碼序列，并以此創制了均一化的酵母文庫（UbE3文庫），可以高效鑒定已報道的和新的E3泛素連接酶。研究發現，E3泛素連接酶OsFBK16與水稻多個苯丙氨酶家族成員相互作用，促進其降解，并證明OsFBK16通過降解苯丙氨酶蛋白降低了水稻對稻瘟病的抗性。

生菜結球的奧秘研究

華中農業大學匡漢暉研究團隊克隆了控制生菜結球的新基因LsSAW1，發現其可以下調近軸基因和上調遠軸基因以促進生菜結球發育。相關成果發表于《植物細胞》（The?Plant?Cell）。研究人員通過解析近軸與遠軸部的差異基因發現，LsSAW1下調了近軸基因，上調了遠軸基因，從而促進了生菜葉球的發育；LsSAW1的同源基因LsSAW2在LsSAW1背景下過表達同樣可以導致生菜不結球，但由于LsSAW2表達水平過低，無法發揮冗余作用；對488份生菜野生祖先進行重測序發現，沒有材料在LsSAW1中有堿基的缺失，但在21個現代品種中出現了這種突變，表明LsSAW1突變是人類馴化（好吃）的結果，體現出突變對生菜育種及葉球發育的重要性。

醫學前沿

交通噪聲對兒童情緒行為問題發生的影響

中山大學公共衛生學院陳亞軍教授團隊聯合智能工程學院蔡銘教授團隊揭示了交通噪聲和中國學齡兒童情緒行為問題發生的關系。相關成果發表于《全環境科學》（Science?of?the?Total?Environment）。環境噪聲現被認為是僅次于空氣污染的第二大環境危險因素。其中，交通噪聲作為大城市主要噪聲來源，正影響著城市居民的生活和健康。文章利用廣州市學生健康隊列2017年1—6月完成的基線數據，納入3236名7～13歲兒童作為研究對象。此項研究是基于學科交叉融合理念下的又一次嘗試，為后續開展交通噪聲與人群健康，特別是學校背景下的交通噪聲暴露和學齡兒童身心健康的人群流行病學研究提供了新視角。

部分半月板異體移植可行性研究

北京大學第三醫院運動醫學科余家闊教授團隊為半月板部分切除患者提供重建半月板結構和功能新方案。相關成果發表于《臨床和轉化醫學》（Clinical?and?Translational?Medicine）。文章對比格犬半月板切除40%后進行同種異體半月板部分移植，并與半月板全切除后的半月板完整移植及正常半月板進行比較。結果顯示，通過促再生基因上調、促炎信號通路下調（NF-κB通路、T和B細胞受體通路）和抑制巨噬細胞、T細胞作用的免疫微環境調節，半月板部分移植可以比完整移植更好地重建半月板的組織結構、力學特征和對關節軟骨的保護能力，為半月板部分切除患者提供了重建半月板結構和功能的新方案。

青年腸癌腸道菌群、代謝物及細菌酶基因特征

復旦大學附屬腫瘤醫院大腸外2科馬延磊教授領銜一項最新研究，揭示發病年齡小于50歲的青年腸癌（早發性腸癌）與發病年齡大于50歲的老年腸癌（遲發性腸癌），在腸道菌群譜、代謝譜、細菌酶基因譜改變等方面存在顯著差異。相關成果發表于《腸道》（Gut）。腸道微生物群是關系人體腸道健康與否的重要微環境。研究團隊通過大樣本隊列，在全球首次描繪了中國青年腸癌患者腸道菌群譜和代謝物譜。青年腸癌多組學特征主要表現為一類致病菌的富集、紅肉飲食相關細菌富集及色氨酸、膽汁酸和膽堿代謝的增加；由紅肉飲食相關菌、膽堿代謝物和細菌膽堿代謝酶構成的反應途徑激活可能是青年腸癌發病的潛在干預靶點。

化學介導人工神經元

南京醫科大學胡本慧教授與合作者開展了神經遞質感知控釋的人工神經元研究。相關成果發表于《自然·電子學》（Nature?Electronics）。目前腦機界面信號的傳輸主要依賴電生理信號，然而在生物體內，神經元之間的交互依賴神經遞質作為信使分子。因此，現有腦機接口與神經元進行直接交互時，界面處勢必存在信號模態不匹配的問題。工作發展了一種化學型腦機接口：構建了神經遞質感知控釋的人工突觸，使其與生物神經元具備同樣的信使模態，可以復刻生物體化學突觸雙向交互的功能，為下一代生物接口提供新的策略；下一步將建立一個化學介導的神經元網絡來完成復雜的生命活動及多模態信息即時識別。

發現T細胞惡性腫瘤CAR-T治療的新靶點

上海交通大學盛毓綬細胞與免疫學研究中心楊選明團隊提出T細胞受體（TCR）的Vβ亞型可以作為CAR-T治療T細胞腫瘤靶點的新思路。相關成果發表于《自然·通訊》（Nature?Communications）。CAR-T療法通過工程化改造T細胞，使其獲得靶向識別抗原并精準殺傷腫瘤的能力。CAR-T已經獲批用于臨床治療B細胞腫瘤和骨髓瘤，但是目前尚無針對T細胞腫瘤的CAR-T療法獲批。這主要是由于缺乏T細胞腫瘤特異性抗原，無區別地殺傷正常T細胞和腫瘤T細胞會導致T細胞缺失綜合征，導致患者嚴重的免疫缺陷。新研究發現在免疫健全小鼠模型，部分刪除TCR?Vβ的細胞，小鼠仍保留較正常的體液免疫和細胞免疫。

復合剝奪指數影響精神疾病患病風險：一項系統綜述和綜合分析

西安交通大學公共衛生學院張峰與合作者開展了社會環境因素與精神健康關系研究。相關成果發表于《神經科學和生物行為評論》（Neuroscience?&?Biobehavioral?Reviews）。基于英國生物銀行（UK?Biobank）公共數據，研究人員采用模型分析了復合剝奪指數（IMD）與3種常見精神疾病的相關性；發現較高的IMD與雙相情感障礙、抑郁癥和焦慮癥的患病風險升高顯著相關；為進一步探索社會經濟環境影響精神健康的生物學機制，以IMD剝奪指數作為環境暴露因素，進行全基因組環境-基因交互作用研究。結果顯示社會經濟劣勢與DAB1、GTDC1、CDH4等多個基因存在顯著的環境-基因交互作用，影響雙相情感障礙、抑郁癥和焦慮癥的患病風險。

帕金森病與帕金森疊加綜合征研究進展

南方醫科大學珠江醫院王青教授團隊建立了一個觀察性隊列研究，發現在帕金森病患者中，定量腦電圖（QEEG）指標與血清炎癥及代謝指標存在相關性；血清炎癥及代謝指標與帕金森病癡呆（PDD）嚴重程度相關。相關成果發表于《E臨床醫學》（EClinicalMedicine）。帕金森病是一種常見的老年神經系統退行性疾病。研究結果表明，外周神經炎癥、代謝指標可能參與PDD和腦電圖減慢的機制；QEEG指標與炎癥、代謝指標相結合可能是評估PDD的有效手段之一。在未來進行相關臨床試驗中，將進一步研究QEEG與PDD患者的神經炎癥和其他代謝標志物的相關性。

顱內動脈狹窄的血管內治療的新證據

首都醫科大學宣武醫院神經外科焦力群教授團隊領銜，聯合中國8家醫院共同開展的多中心、隨機對照臨床試驗——CASSISS研究結果發布。相關文章發表于《美國醫學會雜志》（JAMA）。歷時10年的CASSISS研究對比了支架聯合藥物治療和單純藥物治療對癥狀性顱內動脈狹窄患者卒中和死亡的影響，結果顯示，對于癥狀性、重度顱內動脈狹窄的患者，支架聯合藥物治療在預防卒中或死亡方面，不亞于單純藥物治療，從而在國際上為顱內動脈狹窄的血管內治療提供了新的醫學證據。研究結果建議，血管內治療應在癥狀出現3周之后進行。

高技術前沿

曲面上組裝復雜三維結構及電子器件的新方法

清華大學航天航空學院張一慧教授課題組提出了一種力學引導的逐級三維組裝策略，使得平面薄膜或器件可以在眾多三維曲面上變形為復雜的三維結構或器件，包括規則曲面（如半球面、圓柱面、螺旋面和雙曲面）和仿生曲面（如纏繞的藤蔓、人臉、類大腦、主動脈和心臟等）。相關成果發表于《科學進展》（Science?Advances）。在摩擦力傳感、微型機器人可控運動、寬視場光學成像和流速測量等眾多領域，基于三維立體結構的微電子和光電子器件具有不可或缺的作用。研究者通過理論分析、有限元仿真和實驗對逐級組裝策略的有效性進行了驗證，在十余種不同曲面基底上設計制造了幾十種具有不同幾何構型的三維結構。

實現基于里德堡超原子的多光子糾纏

中國科學技術大學潘建偉、包小輝等科學家將里德堡相互作用與高效單光子接口技術相結合，成功制備基于里德堡超原子的多光子糾纏，為單向量子中繼等應用奠定基礎。相關成果發表于《自然·光子學》（Nature?Photonics）。多光子糾纏在量子計算、量子通信及量子精密測量中有重要應用。原子系綜是量子存儲的重要物理體系，通過引入里德堡相互作用，原子系綜變為一個超原子，使得確定性的量子態操控成為可能。里德堡超原子同時具有單原子體系與原子系綜體系的雙重優點，在光子接口、糾纏制備等方面具有優勢。研究結果為后續生成更多光子糾纏并應用于單向量子中繼及單向量子計算等任務奠定了基礎。

新型能動量匹配范德華異質結紅外探測器研究

中國科學院上海技術物理研究所胡偉達、苗金水團隊與北京大學彭海琳團隊合作，提出將動量匹配和能帶匹配（能動量匹配）的范德華異質結應用于紅外探測。相關成果發表于《科學進展》（Science?Advances）。窄禁帶二維半導體具有層間范德華力任意堆疊成異質結構、無表面懸掛鍵、暗電流極易被外場操控等優點，為研制室溫、高靈敏紅外探測器提供了新機遇。然而，二維半導體原子級薄層特性限制了其高量子效率紅外探測器的應用。此項研究創新性地將新型能動量匹配范德華異質結應用于紅外探測器技術。結果表明，這一器件設計可顯著提高二維材料紅外探測器量子效率，為研制高量子效率紅外探測器提供了新方法。

強激光和物質相互作用研究進展

中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心光物理重點實驗室李玉同與合作者證實，對于未來的100PW超強激光與固體靶相互作用，極化正電子將普遍存在。相關成果發表于《物理評論快報》（Physical?Review?Letters）。正電子和電子的極化可歸結為它們產生和脫離激光作用區域時感受到了非對稱的激光場。激光場在入射時是對稱的，但是由于激光場在高密度靶前表面的等離子體趨膚層附近被強烈地吸收和反射，同時正電子和電子可以自由地通過此趨膚層。因而，正電子和電子只經歷部分的激光場就進入高密等離子體內，這導致它們在趨膚層附近經歷高度不對稱的亞周期激光場，從而獲得具有角度依賴的自旋極化。

具有任意初始狀態的熱彈性本構關系研究

中國科學院力學研究所非線性力學國家重點實驗室趙亞溥研究團隊基于理性力學和黎曼幾何，提出了具有任意初始狀態的熱彈性本構關系。相關成果發表于《國際工程科學雜志》（International?Journal?of?Engineering?Science）。初始應力廣泛存在于各種固體材料，諸如干酪根的熟化與熱解、生物組織的非均勻生長、金屬材料的相變、工件的表面改性、土木工程結構的預制，甚至地質運動等。初始應力對固體材料的力學行為產生著重要影響，可維持材料內部的力學平衡，影響生物組織的生長和形貌及在蒸發過程中誘導屈曲等。研究結果體現了本構關系的自洽性，在非等溫情況下，新提出的本構關系填補了領域理論空白。

光學微腔中的耗散型光聲相互作用

北京大學納光電子前沿科學中心肖云峰、龔旗煌在超高靈敏聲波傳感研究中取得新進展。相關成果發表于《物理評論快報》（Physical?Review?Letters）。微腔體系中的光聲相互作用是諸多前沿與應用科學的物理基礎，在量子光力學、精密測量、信息通信和光聲成像等領域都具有重要意義。科學家在光學微腔-懸臂梁微光纖耦合體系中構建了一種耗散型光聲相互作用，這種耗散型機制對聲波的響應比傳統色散型機制提高兩個數量級，且具有寬頻響應特性。將耗散型機制實際用于超高靈敏聲波傳感，探測極限在140kHz達到0.81Pa，揭示了其傳感靈敏度具有不顯著依賴光學模式品質因子及光學微腔材料的獨特優勢。

基于二維半導體的619像素機器視覺增強芯片

復旦大學周鵬和包文中團隊利用晶圓級二維原子晶體硫化鉬成功制備了大規模機器視覺增強芯片。相關成果發表于《科學進展》（Science?Advances）。機器視覺廣泛應用于工業制造、自動駕駛、醫學成像及民用安防等場景。新型二維原子晶體具有原子層厚度、表面無懸掛鍵、易于集成等特性。此項工作是迄今為止國際上最大集成規模的新型晶圓級二維半導體機器視覺增強芯片，在單片上集成了619個光電“感算一體”像素單元。其中，數模轉換器模塊可以對任一像素進行動態控制，從而準確調整每個成像單元的光電流，降低外圍電路設計復雜度與數據處理的難度，并同時實現成像增強和降噪功能。

環保溶劑制備的高性能室內有機光伏模組應用于各類應用場景

武漢大學高等研究院研究員閔杰課題組在綠色、高效室內有機光伏體系構建及室內光伏應用領域取得新進展。相關成果發表于《焦耳》（Joule）。隨著物聯網（IoT）生態系統的興起，數百億獨立的、低功耗的室內電子設備需要大量的離網電源。目前，IoT設備主要由傳統的化學電池和商業電力驅動。然而，這類能源需要經常更換或定期維護，使用方式相對煩瑣且不環保。室內有機光伏（IOPVs）因其高消光系數、帶隙可調性及良好的室內低光強度匹配性，可作為一種將室內光轉換為電能的裝置，成為IoT生態系統中一種理想的綠色能源。這些工作表明所設計的三元光伏系統在室內多功能集成應用中具有巨大的潛力。

（本欄目責編：黃雪霜）