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脊椎動(dòng)物基因組的完整無錯(cuò)誤組裝

Nature封面：朱紅蜂鳥。Nature雜志第7856期封面文章報(bào)道了脊椎動(dòng)物基因組計(jì)劃（Vertebrate Genomes Project）研究進(jìn)展。文章報(bào)道了16個(gè)脊椎動(dòng)物物種的高質(zhì)量基因組，這些動(dòng)物代表了主要的脊椎動(dòng)物綱，包括哺乳動(dòng)物、鳥類、爬行動(dòng)物、兩棲動(dòng)物和魚類。研究人員首先利用朱紅蜂鳥評(píng)估了多項(xiàng)測(cè)序和組裝技術(shù)，再用其中最好的技術(shù)組裝了其余15個(gè)物種的基因組。根據(jù)組裝結(jié)果，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)現(xiàn)有基因組進(jìn)行了糾錯(cuò)補(bǔ)缺，同時(shí)回答了涉及基因組演化和生物學(xué)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(bào)道了發(fā)現(xiàn)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(xiàn)代人已知最古老的有意識(shí)埋葬。雖然尼安德特人會(huì)有意識(shí)地埋葬死者，但鮮有證據(jù)表明早期人類也會(huì)這么做。這名幼童大概3歲，被研究團(tuán)隊(duì)稱為“Mtoto”（斯瓦西里語的“孩子”），幼童的遺骸被側(cè)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(fā)現(xiàn)為中石器時(shí)代人類種群對(duì)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(duì)象想要書寫時(shí)，從他神經(jīng)活動(dòng)中得到的字母表。Nature雜志第7858期封面文章報(bào)道了一種皮質(zhì)內(nèi)的腦機(jī)接口，可從運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的神經(jīng)活動(dòng)中解碼試圖書寫的動(dòng)作，并將其實(shí)時(shí)翻譯成文本。腦機(jī)接口有望讓失去運(yùn)動(dòng)或說話能力的人恢復(fù)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(yùn)動(dòng)技能。研究者與一位頸部以下癱瘓的男性合作，請(qǐng)他想象自己拿著一支筆嘗試在紙上書寫。這個(gè)腦機(jī)接口使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)把這些神經(jīng)信號(hào)翻譯成字母，使該名男子能以每分鐘90個(gè)字符的速度書寫，準(zhǔn)確率達(dá)到94.1%。

一種新型的蛋白交聯(lián)類型被發(fā)現(xiàn)

Nature封面：一個(gè)氧原子將氮原子和硫原子連在了一起（藍(lán)色為氮、紅色為氧、黃色為硫）。Nature雜志第7859期封面文章報(bào)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(lián)。氨基酸殘基之間的交聯(lián)會(huì)影響蛋白質(zhì)形狀和功能，研究人員新發(fā)現(xiàn)的這種N-O-S橋即起到了調(diào)節(jié)性氧化還原開關(guān)的作用，控制著會(huì)導(dǎo)致淋病的淋病雙球菌（Neisseria gonorrhoeae）中轉(zhuǎn)醛醇酶的活性。研究團(tuán)隊(duì)還在蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)銀行（Protein Data Bank）中開展了相關(guān)研究，同時(shí)發(fā)現(xiàn)許多其他蛋白質(zhì)家族中可能也存在這種N-O-S交聯(lián)。

（本頁期刊封面圖來自Nature官網(wǎng)）

緩行田鼠性染色體的轉(zhuǎn)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(bào)道了緩行田鼠性別決定的奧秘。研究發(fā)現(xiàn)在雄性緩行田鼠中存在兩個(gè)X類似的染色體，并且在雄性體細(xì)胞組織中，雄性特異的XP會(huì)出現(xiàn)由Xist介導(dǎo)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(diào)節(jié)到雌性基因組中，同時(shí)支持了古老的X-Y基因?qū)Φ膭┝棵舾行缘倪@一學(xué)說。該研究同時(shí)揭示了哺乳動(dòng)物性染色體轉(zhuǎn)化的新模式，也提示緩行田鼠作為模式動(dòng)物的重要性。

每當(dāng)潰堤發(fā)生

Science封面：舞動(dòng)的河流。Science雜志第6543期封面文章報(bào)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(fā)生致命潰決的時(shí)間、地點(diǎn)和原因。地理學(xué)家們已經(jīng)注意到，河流多在山腳下發(fā)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(tuán)隊(duì)能夠量化撕脫發(fā)生的頻率。密西西比河每1400年就會(huì)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(jié)構(gòu)。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)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(fù)發(fā)生沖刷的證據(jù)。

脂質(zhì)交換推動(dòng)植物陸生過程中的共生進(jìn)化

Science封面：共生的真菌。Science雜志第6544期封面文章報(bào)道了植物脂質(zhì)誘使真菌共生的現(xiàn)象。研究表明，原始陸地植物Marchantia paleacea（粗裂地錢）也能產(chǎn)生脂質(zhì)，并轉(zhuǎn)移到共生真菌上，并且該過程對(duì)于功能性共生是必不可少的，證明植物與真菌之間的脂質(zhì)轉(zhuǎn)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(fā)展起來的，其使得植物能在陸地上生存，并且在整個(gè)植物界都得到了保留。該研究還鑒定了脂質(zhì)生物合成的轉(zhuǎn)錄調(diào)控兩個(gè)高度保守的轉(zhuǎn)錄因子：WRI和RAD1。這兩個(gè)轉(zhuǎn)錄因子是專門進(jìn)化以促進(jìn)共生，是植物陸地化所必需的。

海洋熱浪對(duì)珊瑚的影響研究

Science封面：保護(hù)珊瑚。Science雜志第6545期封面文章報(bào)道了珊瑚礁的當(dāng)?shù)毓芾怼Ｉ汉鹘ㄔ焐汉鹘傅哪芰σ蕾囉谏汉鲃?dòng)物和細(xì)胞內(nèi)單細(xì)胞微藻之間的營養(yǎng)共生。珊瑚白化是這種關(guān)系破裂的直觀表現(xiàn)，它是對(duì)壓力的反應(yīng)，包括溫度高于正常最大值1℃到2℃。全球變暖導(dǎo)致白化事件的頻率和規(guī)模急劇增加，這對(duì)全世界的珊瑚礁造成了巨大的破壞。Donovan等人研究發(fā)現(xiàn)，在珊瑚白化后的一年內(nèi)，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(dāng)?shù)毓芾砜梢詭椭鷾p輕海洋熱浪對(duì)珊瑚的影響。

（本頁期刊封面圖來自Science官網(wǎng)）

從二氧化碳到淀粉人工合成研究突破

中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所研究團(tuán)隊(duì)在淀粉人工合成方面取得突破性進(jìn)展，在國際上首次實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成。相關(guān)成果發(fā)表于Science。研究團(tuán)隊(duì)從頭設(shè)計(jì)出11步主反應(yīng)的非自然二氧化碳固定與人工合成淀粉新途徑，在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)從二氧化碳到淀粉分子的全合成。研究團(tuán)隊(duì)采用一種類似“搭積木”的方式，聯(lián)合中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，利用化學(xué)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(shè)計(jì)構(gòu)建碳一聚合新酶，依據(jù)化學(xué)聚糖反應(yīng)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(yōu)化，將碳三化合物聚合成碳六（C6）化合物，再進(jìn)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(xué)院網(wǎng)站）

新聞發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)（圖片來源于中國科學(xué)院網(wǎng)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(xué)院微生物研究所真菌學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉宏偉研究員等人成功構(gòu)建了“非天然”活性猴頭菇二萜工程菌。相關(guān)成果發(fā)表于Acta Pharmaceutica Sinica B。該研究實(shí)現(xiàn)了在釀酒酵母中重新構(gòu)筑鳥巢烷二萜的生物合成途徑，完成了22個(gè)不同結(jié)構(gòu)鳥巢烷二萜的產(chǎn)生菌株構(gòu)建，產(chǎn)率最高可達(dá)112.1mg/L；以同源基因簇的對(duì)比分析為線索，發(fā)現(xiàn)并闡明了3個(gè)簇外相關(guān)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(fā)串聯(lián)邁克爾加成-消除反應(yīng)進(jìn)而形成了具有顯著神經(jīng)營養(yǎng)活性的分子erinacine A。隨后，還原酶EriB作用于自發(fā)反應(yīng)中間體erinacine B而形成還原產(chǎn)物erinacine C。

人工多菌體系的設(shè)計(jì)與構(gòu)建：合成生物學(xué)研究新前沿

北京化工大學(xué)化學(xué)資源工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(guān)論文發(fā)表于《合成生物學(xué)》。文章指出了人工多菌體系是合成生物學(xué)領(lǐng)域中一個(gè)新的研究前沿，通過詳細(xì)比較單菌體系和人工多菌體系的優(yōu)缺點(diǎn)，突出人工多菌體系在生物合成中的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)以人工多菌體系在近幾年生物合成中的最新進(jìn)展為實(shí)例，從途徑分工的理性設(shè)計(jì)、菌群互作關(guān)系的理性設(shè)計(jì)、功能菌群時(shí)空有序分布以及基于模型算法指導(dǎo)下的多菌體系理性構(gòu)建4個(gè)方面，對(duì)人工多菌體系的設(shè)計(jì)原則和構(gòu)建方法進(jìn)行詳細(xì)介紹。最后，成果對(duì)人工多菌體系的設(shè)計(jì)、構(gòu)建以及在各種生物產(chǎn)品合成中的發(fā)展進(jìn)行了展望。

以非特異性DNA結(jié)合蛋白構(gòu)建隨機(jī)堿基編輯器

浙江大學(xué)連佳長研究團(tuán)隊(duì)通過堿基編輯器提升釀酒酵母對(duì)異丁醇和醋酸鹽的抗性以及增產(chǎn)β-胡蘿卜素，并將隨機(jī)剪輯編輯器應(yīng)用于酵母的異丁醇耐受性進(jìn)化。相關(guān)成果發(fā)表于ACS Synthetic biology。該研究將可催化單鏈DNA中C到U轉(zhuǎn)變的脫氨酶APOBEC （apolipoprotein B mRNA-editing enzyme， catalytic polypeptide-like）分別與復(fù)制因子A（RFA1、RFA2和RFA3）、DNA引發(fā)酶（PRI1）的亞基、DNA解旋酶A（HCS1）、拓?fù)洚悩?gòu)酶I（TOP1）融合構(gòu)建隨機(jī)堿基編輯器，并用CAN1基因突變體和刀豆氨酸抗性作為報(bào)告單元比較了上述隨機(jī)堿基編輯器的性能。

天然產(chǎn)物生物合成過程中硫原子引入的新機(jī)制

山東大學(xué)微生物技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（微生物技術(shù)研究院）李盛英教授團(tuán)隊(duì)和張友明教授團(tuán)隊(duì)合作，在我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)具有全新骨架抗生素——?jiǎng)?chuàng)新霉素的生物合成中，發(fā)現(xiàn)了一種全新的硫原子引入機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于Angewandte Chemie International Edition。研究發(fā)現(xiàn)JAMM家族金屬蛋白酶Cxm3能夠在Zn2+的介導(dǎo)下，將硫載體蛋白（Cxm4GG-COS-）中的硫原子轉(zhuǎn)移到底物小分子，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新霉素結(jié)構(gòu)中硫原子的引入，Cxm3蛋白催化中心的鋅離子介導(dǎo)全新硫轉(zhuǎn)移反應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，合作團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步通過“一鍋反應(yīng)法”反應(yīng)，在體外高效地重構(gòu)了去甲基創(chuàng)新霉素的生物全合成。

產(chǎn)物表征與合成途徑比較（圖片來源于山大視點(diǎn)）

體外高效重構(gòu)去甲基創(chuàng)新霉素的生物全合成（圖片來源于山大視點(diǎn)）

黃芩甲氧基黃酮代謝研究

中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心趙清研究組揭示了黃芩中甲氧基黃酮的合成機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于Plant Biotechnology Journal。黃芩是一種重要的傳統(tǒng)藥用植物，其活性物質(zhì)主要是根中結(jié)構(gòu)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(yīng)，是黃酮結(jié)構(gòu)及功能多樣化的重要原因。在掌握了兩類OMT特性的基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)在酵母中共表達(dá)SbPFOMT5和SbFOMT6，并添加相應(yīng)羥基黃酮，該酵母生產(chǎn)出了黃芩黃酮I，而共表達(dá)SbPFOMT5和SbFOMT5的酵母發(fā)酵產(chǎn)生了韌黃芩素I。

蒽醌類天然產(chǎn)物開環(huán)新機(jī)制

中國科學(xué)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(duì)土曲霉地曲霉素生物合成基因簇中關(guān)鍵基因GedF和GedK展開了研究，發(fā)現(xiàn)了一類雙酶催化的蒽醌雙加氧開環(huán)新機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于Journal of the American Chemical Society。該研究通過一系列體內(nèi)敲除和體外酶活表征研究發(fā)現(xiàn)，GedF和GedK兩個(gè)酶共同催化了大黃素-8-甲醚的開環(huán)過程，其中GedF首先催化還原大黃素-8-甲醚產(chǎn)生大黃素-8-甲醚氫醌，進(jìn)而大黃素-8-甲醚氫醌在GedK的作用下開環(huán)產(chǎn)生desmethylsulochrin。同位素追蹤實(shí)驗(yàn)表明，GedK是一類獨(dú)特的不需要輔因子參與的雙加氧酶。

青花椒多種麻味物質(zhì)累積的關(guān)鍵調(diào)控基因

四川農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院經(jīng)濟(jì)林研究團(tuán)隊(duì)惠文凱、王景燕、龔偉等人鑒定了青花椒果實(shí)中萜類、生物堿以及黃酮類生物合成通路關(guān)鍵基因。相關(guān)成果發(fā)表于Scientia Horticulturae。麻味物質(zhì)是花椒果實(shí)經(jīng)濟(jì)價(jià)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(nèi)果實(shí)迅速膨大，隨后40～50天完成果實(shí)的成熟過程。坐果后40天是麻味物質(zhì)的主要成分萜類、生物堿和黃酮類物質(zhì)開始累積的關(guān)鍵時(shí)期，該時(shí)期麻味物質(zhì)生物合成的關(guān)鍵基因均極顯著上調(diào)。該研究對(duì)于進(jìn)一步深入剖析麻味物質(zhì)生物合成的分子機(jī)理，培育優(yōu)質(zhì)青花椒種質(zhì)資源，改善果實(shí)風(fēng)味，提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值具有重要意義。