世界一流科技期刊文章精選

通過重編程恢復(fù)年輕的表觀遺傳信息和視力

Nature封面：折返時間。Nature雜志第7836期封面文章報道了在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞內(nèi)表達3個山中（Yamanaka）轉(zhuǎn)錄因子，能將它們重編程到一個更年輕的表觀遺傳狀態(tài)，并將眼內(nèi)神經(jīng)細胞的時鐘往回撥。研究者發(fā)現(xiàn)，這些轉(zhuǎn)錄因子恢復(fù)了組織內(nèi)年輕的DNA甲基化模式及其轉(zhuǎn)錄組。這能讓視神經(jīng)受損的小鼠重新生長出軸突，青光眼小鼠模型和老年小鼠的視力喪失被逆轉(zhuǎn)。結(jié)果表明，哺乳動物組織內(nèi)保留了一份年輕信息的記錄，部分由DNA甲基化編碼，獲得這些信息可以改善組織功能，并有望逆轉(zhuǎn)衰老效應(yīng)。

人類癌細胞系轉(zhuǎn)移圖

Nature封面：研究人員根據(jù)MetMap分析結(jié)果創(chuàng)建了花瓣圖，展示了癌細胞的轉(zhuǎn)移模式。Nature雜志第7837期封面文章報道了MetMap，一個用來確定人類癌細胞系轉(zhuǎn)移潛能的條形碼系統(tǒng)，系統(tǒng)的建立來自對代表21種實體瘤的500個左右細胞系的分析。大部分的癌癥死亡病例都與腫瘤在體內(nèi)的轉(zhuǎn)移擴散有關(guān)，但是關(guān)于這個過程背后的基礎(chǔ)生物學(xué)機制，還存在很大的認知空白。研究人員使用該圖評估了乳腺癌的腦轉(zhuǎn)移，發(fā)現(xiàn)這個過程與脂質(zhì)代謝的變化有關(guān)，這一點或許能作為未來的治療靶標。

神秘的恐龍前種群填補了翼龍起源空白

Nature封面：一種名為“Ixalerpeton polesinensis”的兔蜥藝術(shù)示意圖。Nature雜志第7838期封面文章報道了兔蜥（lagerpetid）這種身形細長的生物很有可能是翼龍的姐妹類群。翼龍是第一種演化出動力飛行能力的脊椎動物，但是要追溯翼龍精確的演化起源一直很有難度。研究人員通過對骨骼殘骸進行微計算機斷層掃描和3D重建，確定了兔蜥與翼龍共有的獨特特征，比如內(nèi)耳形狀。雖然從陸棲脊椎動物到飛行脊椎動物的具體過渡依然未知，但Martin Ezcurra團隊收集的證據(jù)照亮了理解翼龍解剖學(xué)特征的第一步。

2020年度《自然》十大人物

Nature封面：2020年度《自然》十大人物。Nature雜志第7839期封面文章反映的是2020年最大的事件：新冠肺炎（COVID-19）大流行和新冠肺炎疫苗的研發(fā)。2020年是不同尋常的一年，回顧過去艱辛的12個月，《自然》挑選出了10位影響2020年科學(xué)進程的人物。全球社會不遺余力地研究、抗擊新冠病毒（SARS-CoV-2），最后以前所未有的速度研發(fā)出了候選疫苗，等待監(jiān)管機構(gòu)批準使用，希望疫苗能夠幫助全球走出新冠肺炎疫情?！蹲匀弧肪庉媯兲暨x出的2020年度十大人物既不是獎勵也不是排名，只是講述他們引人入勝的故事，反映出科學(xué)中的關(guān)鍵事件。

（本頁期刊封面圖來自Nature官網(wǎng)）

高鎳單晶陰極研究

Science封面：充入高壓的微米級陰極晶體中滑動現(xiàn)象示意圖。Science雜志第6522期封面文章報道了如何使富含鎳的單晶陰極堅固高效。美國能源部太平洋西北國家實驗室的科學(xué)家使用高鎳含量的單晶材料作為陰極，實現(xiàn)了性能“兼得”。研究人員通過使用高性能單晶作為模型材料，觀察了高鎳陰極的變化，研究電壓如何觸發(fā)單晶從原子級到微米級的結(jié)構(gòu)變化及其對陰極電化學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，在單晶富鎳陰極中觀察到沿（003）平面的可逆晶格滑動和微裂紋。論文開發(fā)了一種擴散引起的應(yīng)力模型，以了解平面滑移的起源，并提出了穩(wěn)定高鎳陰極的方法。

希望之光

Science封面：2020年度突破。Science雜志第6523期封面文章報道的是一篇特約作者喬恩·科恩（Jon Cohen）關(guān)于新冠肺炎疫苗進展的個人文章。隨著2020年新冠肺炎大流行，科學(xué)家們被動員起來開發(fā)和測試了數(shù)十種針對新型冠狀病毒的候選疫苗。許多研究者旨在刺激針對病毒突出的尖峰蛋白的抗體，這使得它能夠感染人類細胞。如果疫苗能夠訓(xùn)練身體產(chǎn)生抗體，并在與受體結(jié)合的精確位置鎖定針頭，它就可能“中和”病毒。在創(chuàng)紀錄的時間里，幾種疫苗顯示出了強有力的效力證據(jù)，給飽受困擾的世界帶來新希望。

控制內(nèi)部不均勻性的納米尺度以增強脫鹽膜中水傳輸

Science封面：反滲透膜的三維納米結(jié)構(gòu)（金）。Science雜志第6524期封面文章報道了控制膜的納米結(jié)構(gòu)是咸水淡化的關(guān)鍵。生物膜可以獲得非常高的滲透性，同時保持理想的選擇性，這是依賴于膜蛋白來實現(xiàn)的?？茖W(xué)家將這種設(shè)計策略應(yīng)用于脫鹽膜，通過合成與研究一系列聚酰胺脫鹽膜，表現(xiàn)出不斷增加的透水性和活性層厚度，并具有恒定的氯化鈉選擇性。透射電鏡測量確定納米級三維聚酰胺密度圖，并預(yù)測透水性能。密度波動不利于水的傳輸，只有系統(tǒng)控制好納米級聚酰胺不均勻性，才能在不犧牲脫鹽膜鹽選擇性前提下，實現(xiàn)最大化滲透水。

微管蛋白糖基化控制軸突動力蛋白活性、鞭毛搏動和男性生育力

Science封面：一只缺乏糖基化的老鼠精子在轉(zhuǎn)圈。Science雜志第6525期封面文章報道了微管蛋白糖基化控制精子運動機制。研究人員發(fā)現(xiàn)微管蛋白的一種特殊的稱為糖基化（glycylation）的酶修飾是讓精子保持直線游動的關(guān)鍵，對這種修飾進行干擾可能是人類某些形式的男性不育癥的根源。糖基化是微管蛋白的翻譯后修飾，主要存在于纖毛和鞭毛中，有助于協(xié)調(diào)驅(qū)動鞭毛跳動的軸突動力蛋白馬達。缺乏糖基化導(dǎo)致鞭毛異常跳動，導(dǎo)致圓形而不是直精子游泳。這反過來嚴重影響了男性的生育能力。

（本頁期刊封面圖來自Science官網(wǎng)）

馴化下早期物種形成的基因組調(diào)控機制

中國科學(xué)院昆明動物研究所張亞平院士團隊與合作者利用歐洲大白豬與東亞民豬雜交群體，構(gòu)建了F2通過F1繼承F0基因組序列的精細圖譜，通過分析F2代個體中的大白與民豬來源的基因互作，研究了在馴化下早期物種形成的基因組調(diào)控機制。相關(guān)成果發(fā)表于Molecular Biology and Evolution。研究揭示了F2基因組內(nèi)的DMI數(shù)量存在顯著的性別差異，以及從F1到F2的同性別/跨性別傳遞差異。大白豬和民豬基因組間不兼容互作基因主要富集于血管生成、雄激素受體信號和T細胞受體信號通路，提示生殖隔離進化可能與生長發(fā)育與免疫等方面的選擇作用相關(guān)。

基因互作不兼容與雜種不存活以及不兼容基因互作的性別差異分布(圖片來源于中國科學(xué)院昆明動物研究所網(wǎng)站)

大白與民豬F0始祖基因組在F2個體中的繼承偏態(tài)及基因互作的性別拮抗作用(圖片來源于中國科學(xué)院昆明動物研究所網(wǎng)站)

神經(jīng)肽調(diào)控蜜蜂勞動分工新機制

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蜜蜂研究所蜜蜂蛋白質(zhì)組學(xué)創(chuàng)新團隊韓賓等為研究動物行為的可塑性，從神經(jīng)肽調(diào)節(jié)生理反應(yīng)閾值的角度揭示了工蜂勞動分工的神經(jīng)調(diào)控機制。相關(guān)成果發(fā)表于eLife。研究發(fā)現(xiàn)，對特定刺激的反應(yīng)閾值差異是決定工蜂勞動分工的關(guān)鍵，速激肽信號通路在調(diào)節(jié)反應(yīng)閾值中發(fā)揮關(guān)鍵作用。此外，利用神經(jīng)肽注射和RNA干擾證明速激肽能夠特異性地調(diào)控工蜂與其行為特異性相關(guān)的反應(yīng)閾值，而對與任務(wù)無關(guān)的刺激沒有影響。研究同時發(fā)現(xiàn)，速激肽信號在調(diào)控中華蜜蜂與意大利蜜蜂采集和哺育行為差異中發(fā)揮重要作用。研究結(jié)果為深入理解蜜蜂社會行為的神經(jīng)調(diào)控提供了新的理論依據(jù)。

豬調(diào)控元件鑒定研究進展

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)趙書紅/李新云教授團隊公布了目前涵蓋品種信息和組織類型最廣的豬基因組調(diào)控元件精細圖譜，為豬經(jīng)濟性狀形成機制的解析和基因組育種效率的提升提供了新思路和靶點。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Communications。該研究鑒定出超過22萬個豬基因組調(diào)控元件和3316個豬基因組新轉(zhuǎn)錄本，并進一步解析了豬基因組的超級增強子、活性啟動子等調(diào)控元件特征，闡明了豬基因組調(diào)控元件的組織特異性及其三維空間結(jié)構(gòu)對基因表達調(diào)控的影響。該研究通過整合調(diào)控元件、三維基因組及全基因組關(guān)聯(lián)分析（GWAS）信息，解析了豬重要性狀GWAS位點在調(diào)控元件周圍的分布特征，鑒定了一批具有潛在調(diào)控功能的重要SNP。

染色質(zhì)活性的發(fā)育動態(tài)變化基本模式

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所杜茁研究員等利用4D活體成像、細胞譜系追蹤和單細胞表達定量分析等方法，量化了整合至基因組100余個不同位置的同一報告基因在700多個身份明確胚胎細胞的表達，并基于此繪制了線蟲早期胚胎細胞的染色質(zhì)活性圖譜。相關(guān)成果發(fā)表于Molecular Systems Biology。文章提供了一種“基于結(jié)果”的染色質(zhì)活性研究策略，理論上可通過選擇合適的報告基因，動態(tài)追蹤染色質(zhì)活性在任何位點和任何細胞的動態(tài)變化。同時，在單細胞精度和基因組層次揭示的染色質(zhì)活性的“發(fā)散”、“匯聚”和“預(yù)設(shè)型”動態(tài)變化模式，也為從多個維度系統(tǒng)理解多細胞生物細胞譜系分化的染色質(zhì)調(diào)控奠定了基礎(chǔ)。

大型濕地水鳥“行為生態(tài)學(xué)”研究進展

中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所鄭海峰研究員等人針對當前大型瀕危水鳥研究存在的不足，引入衛(wèi)星追蹤技術(shù)，詳細跟蹤記錄了3巢東方白鸛幼鳥在濕地繁殖斑塊內(nèi)的“行為生態(tài)學(xué)特征”。相關(guān)成果發(fā)表于Global Ecology and Conservation。幼鳥白天的活動強度顯著高于夜晚，日出（4:00）與日落（19:00）前后出現(xiàn)活動高峰。幼鳥活動位點呈現(xiàn)明顯的空間聚集性，形成了空間熱點區(qū)，不同個體在熱點區(qū)之間的活動路徑具有獨特分布模式。家域范圍隨著幼鳥成長逐漸擴大，離巢前的后期為其前期的30倍；前期家域核心區(qū)在巢穴附近，后期家域核心區(qū)范圍向外擴展。

東方白鸛幼鳥活動熱點分布模式及家域特征(EP早期,幼鳥每日回巢; LP晚期, 幼鳥不回巢)（圖片來源于中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所網(wǎng)站）

東方白鸛幼鳥離巢前繁殖地景觀斑塊區(qū)位圖（圖片來源于中國科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所網(wǎng)站）

水稻害蟲褐飛虱中發(fā)現(xiàn)過氧化物酶可減輕抗藥性引起的適合度代價

中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張文慶教授團隊發(fā)現(xiàn)水稻害蟲褐飛虱的過氧化物酶基因可作為修飾基因減輕吡蟲啉抗藥性引起的褐飛虱適合度代價。相關(guān)成果發(fā)表于PLoS Biology。害蟲一直以來嚴重威脅著人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動和健康，對害蟲的防治大量依賴化學(xué)農(nóng)藥，然而農(nóng)藥濫用導(dǎo)致了害蟲抗藥性的快速進化。文章通過對褐飛虱的吡蟲啉高抗性個體和相對敏感個體進行基因組重測序，發(fā)現(xiàn)該基因啟動子存在一個潛在的修飾等位基因（T65549）。水稻害蟲褐飛虱基于P450產(chǎn)生的農(nóng)藥代謝抗性可引起ROS水平增加的適合度代價，而NlPrx基因突變導(dǎo)致的表達上調(diào)可顯著減輕該適合度代價。文章闡明了在昆蟲中適合度代價修飾基因的分子機理。

昆蟲免疫防御新機制

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員王四寶研究組利用“跨界RNA干擾”（cross-kingdom RNAi）機制沉默真菌毒力基因的表達，對抗真菌侵染的免疫防御新機制。相關(guān)成果發(fā)表于PNAS。昆蟲是地球上最繁盛、種類最多、分布最廣的生物類群之一，是地球生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。昆蟲在與自然界各類病原體長期攻防與博弈的過程中，進化形成了一套復(fù)雜高效的防御系統(tǒng)對抗病原菌感染。該研究發(fā)現(xiàn)了一種全新的昆蟲免疫防御機制，并對應(yīng)用遺傳手段逆轉(zhuǎn)昆蟲miRNA效應(yīng)因子干擾真菌毒力基因表達提供了新方法，為真菌殺蟲劑的遺傳改良提供了新策略。

烏龜胚胎行為熱調(diào)節(jié)的分子溫度計

中國科學(xué)院動物研究所杜衛(wèi)國研究員等人與中國科學(xué)院昆明動物所、東北林業(yè)大學(xué)的科研人員合作，發(fā)現(xiàn)烏龜胚胎的行為熱調(diào)節(jié)是依賴于溫度門控瞬時電位受體TRPA1和TRPV1精巧的功能平衡，揭示了爬行動物胚胎時期獨特的溫度感知分子機制。相關(guān)成果發(fā)表于Current Biology。該研究測定了烏龜胚胎及其背根神經(jīng)節(jié)中初級感受神經(jīng)元的溫度閾值，發(fā)現(xiàn)與胚胎熱偏好溫度閾值一致的兩類熱敏神經(jīng)元，表明在初級感覺神經(jīng)元中至少存在兩個分子感受器。研究進一步發(fā)現(xiàn)辣椒素和4-氨基聯(lián)苯胺鹽酸鹽（4-A）是烏龜TRPA1的特異性激活劑，TCS5861528（TCS）是特異性抑制劑；辣椒素和辣椒平則是TRPV1的特異性激活和抑制劑。