張 剛 宋子煜

2011：《Nature》的中國(guó)聲音

張 剛 宋子煜

《Nature》雜志是世界最有影響力的兩種綜合類學(xué)術(shù)期刊之一，刊登各學(xué)科研究領(lǐng)域最前沿的首創(chuàng)性研究成果，每年發(fā)表的論文總數(shù)約為850篇?！禢ature》雜志2010年影響因子為36.104，5年平均影響因子為35.248。

2011年度，中國(guó)大陸地區(qū)高校和科研院所的全職科學(xué)家以通訊作者的身份在《Nature》上發(fā)表并已出版的學(xué)術(shù)論文（Articles和Letters類）共13篇，約占全年發(fā)表論文總數(shù)1.53%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2001年至2011年（截至2011年11月1日）我國(guó)科技人員共發(fā)表論文83.63萬(wàn)篇，近次于美國(guó)，排在世界第2位。世界第二的論文數(shù)量卻僅產(chǎn)生了1.53%的《Nature》文章，這表明雖然我國(guó)已經(jīng)成為世界科研大國(guó)，但距離科研強(qiáng)國(guó)還有很長(zhǎng)的距離。

2011年度大陸科學(xué)家發(fā)表的這13篇論文，包括神經(jīng)生物學(xué)1篇、先進(jìn)材料1篇、基因組學(xué)1篇、遺傳學(xué)1篇、細(xì)胞生物學(xué)1篇、免疫學(xué)1篇、古生物學(xué)3篇和生物大分子結(jié)構(gòu)與功能4篇。以大學(xué)科分類來(lái)看，生命科學(xué)9篇、古生物學(xué)3篇和先進(jìn)材料1篇。

從文章的院校分布來(lái)看，清華大學(xué)4篇、中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)和細(xì)胞研究所2篇、北京生命科學(xué)研究所2篇、北京大學(xué)1篇、深圳華大基因1篇、中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所1篇、中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所1篇、吉林大學(xué)和沈陽(yáng)師范大學(xué)合為1篇。根據(jù)近幾年《Nature》發(fā)表論文情況分析，中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)和細(xì)胞研究所、清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京生命科學(xué)研究所和深圳華大基因五家科研院所或大學(xué)連續(xù)幾年均有《Nature》論文產(chǎn)出。

本年度，施一公教授領(lǐng)導(dǎo)的清華大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)科研團(tuán)隊(duì)共在《Nature》上發(fā)表了3篇論文。該團(tuán)隊(duì)主要成員應(yīng)包括，施一公教授在美國(guó)普林斯頓大學(xué)任教期間指導(dǎo)的博士生、現(xiàn)清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授顏寧，指導(dǎo)的博士后、現(xiàn)清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授柴繼杰，以及施一公教授現(xiàn)重要助手清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院助理教授王佳偉。2011年，《Science》評(píng)論文章事件和院士落選事件引發(fā)了科研界不大不小的討論。然而，毋庸置疑的是，施一公教授將生命科學(xué)領(lǐng)域的世界最前沿研究帶回了中國(guó)。

我國(guó)遼西古生物化石群和藍(lán)田古生物化石群是世界最重要的古生物化石群之一。遼西古生物化石，為鳥類的起源，被子植物的起源，現(xiàn)代哺乳動(dòng)物的起源，昆蟲與開(kāi)花植物的共同演化方面，提供了最珍貴的物證?！八{(lán)田生物群”是地球早期真核生物多細(xì)胞化、組織分化、兩性分化和形態(tài)多樣化的見(jiàn)證。古生物學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，地球上最早的生命是原核生物，其細(xì)胞是沒(méi)有細(xì)胞核的。“藍(lán)田植物群”展現(xiàn)了6億年前地球上溫暖淺海中早期動(dòng)物大規(guī)模出現(xiàn)前夕的生命景觀，是地球早期生命從簡(jiǎn)單向復(fù)雜進(jìn)化過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。我國(guó)科學(xué)家對(duì)這兩個(gè)古生物化石群的研究幾乎每年都有舉世震驚的重大發(fā)現(xiàn)。

基因組DNA測(cè)序是人類對(duì)自身基因組認(rèn)識(shí)的第一步。隨著測(cè)序的完成，功能基因組學(xué)研究成為世界科研的熱點(diǎn)領(lǐng)域。曾參與國(guó)際人類基因組計(jì)劃并承擔(dān)“中國(guó)部分”（1%）任務(wù)的深圳華大基因是我國(guó)最具國(guó)際影響的科研機(jī)構(gòu)，先后完成了國(guó)際人類單體型圖計(jì)劃（10%）、水稻基因組計(jì)劃、家蠶基因組計(jì)劃、家雞基因組計(jì)劃、抗SARS研究、炎黃一號(hào)等多項(xiàng)具有國(guó)際先進(jìn)水平的科研工作,發(fā)起或參與了糖尿病關(guān)聯(lián)基因及變異研究（LUCAMP）、國(guó)際癌癥基因組計(jì)劃、古人類基因組、中華千種單基因病研究計(jì)劃、千種動(dòng)植物基因組參考序列譜構(gòu)建計(jì)劃、萬(wàn)種脊椎動(dòng)物基因組計(jì)劃、國(guó)際大熊貓基因組計(jì)劃、螞蟻基因組、黃瓜基因組計(jì)劃、蘭花基因組計(jì)劃、“世界三極”動(dòng)物基因組計(jì)劃、桑蠶基因組重測(cè)序、大豆基因組重測(cè)序、千種植物轉(zhuǎn)錄組研究、人體腸道微生物基因組研究計(jì)劃和萬(wàn)種微生物基因組計(jì)劃等國(guó)際合作項(xiàng)目。因此，每年都有世界級(jí)高水平文章產(chǎn)出，不少文章被選作《Nature》封面文章。

葉克窮 高級(jí)研究員

北京生命科學(xué)研究所

1995年，浙江大學(xué)生物學(xué)學(xué)士。2000年，中科院生物物理所博士。2001年至2005年，斯隆癌癥研究所博士后。2005年至2011年，北京生命科學(xué)研究所研究員。2011年至今，北京生命科學(xué)研究所高級(jí)研究員。

主要研究蛋白質(zhì)和核糖核酸之間的相互作用。核糖核酸除了在基因表達(dá)中作為信使,還行使許多其他的功能。在各種生物體中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了很多非編碼的核糖核酸，它們不翻譯成蛋白質(zhì)，卻在分子結(jié)構(gòu)，反應(yīng)催化，基因調(diào)節(jié)中發(fā)揮重要作用。這些非編碼核糖核酸通常和蛋白質(zhì)形成復(fù)合物行使功能。實(shí)驗(yàn)室主要的研究領(lǐng)域包括核酸干擾，這是由長(zhǎng)度約為21個(gè)核甘酸的微小核糖核酸介導(dǎo)的基因調(diào)控過(guò)程。我們實(shí)驗(yàn)室將研究這些微小核酸生物發(fā)生機(jī)理，工作原理和調(diào)控途徑。我們還研究由核糖核酸引導(dǎo)的核糖核酸修飾系統(tǒng)，如催化核糖甲基化的C/D RNP和假尿嘧啶化的H/ACA RNP。實(shí)驗(yàn)室主要使用X光晶體學(xué)，核磁共振等結(jié)構(gòu)方法以及生化分析作為研究手段。

C/D RNA蛋白質(zhì)復(fù)合物催化RNA核糖甲基化的結(jié)構(gòu)機(jī)理

C/D RNA是普遍存在于真核生物和古細(xì)菌的一類古老的非編碼RNA，它們主要介導(dǎo)核糖體RNA和剪切體RNA大量特定位點(diǎn)上的核糖甲基化修飾，同時(shí)參與真核生物核糖體的裝配。在古細(xì)菌中，C/D RNA和甲基轉(zhuǎn)移酶fibrillarin，RNA結(jié)合蛋白L7Ae和骨架蛋白Nop5形成復(fù)合物。C/D RNA能和修飾位點(diǎn)兩邊的堿基序列互補(bǔ)配對(duì)，而實(shí)現(xiàn)對(duì)底物的特異性選擇。雖然對(duì)這個(gè)復(fù)合物的結(jié)構(gòu)已經(jīng)有較多研究，但二個(gè)基本問(wèn)題仍然沒(méi)有解決。首先C/D RNA是如何和蛋白質(zhì)組裝形成復(fù)合物的。其中經(jīng)典的模型認(rèn)為一條C/D RNA和兩套蛋白結(jié)合形成所謂的“單體”結(jié)構(gòu)，但是最近的研究認(rèn)為兩條C/D RNA和四套蛋白結(jié)合形成“交叉雙體”結(jié)構(gòu)。第二個(gè)問(wèn)題是C/D RNA如何指導(dǎo)甲基轉(zhuǎn)移酶選擇特定的修飾位點(diǎn)。

我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)加載了底物的完整C/D RNA蛋白質(zhì)復(fù)合物的3.15埃晶體結(jié)構(gòu)。其中晶體X光衍射數(shù)據(jù)在上海光源生物大分子晶體學(xué)線站BL17U搜集。由于C/D復(fù)合物晶體的衍射能力很弱，只有在高亮度的同步輻射X光照射下才能達(dá)到衍射極限。在一年左右時(shí)間內(nèi)，我們獲得了多種晶體，有了上海光源使得可以及時(shí)檢查各種晶體的質(zhì)量，確定下一步的優(yōu)化方向。2010年5月，獲得一種新型的底物結(jié)合復(fù)合物晶體，通過(guò)上海光源工作人員的協(xié)調(diào)及時(shí)安排了實(shí)驗(yàn)，并獲得3.15埃分辨率的衍射數(shù)據(jù)，使結(jié)構(gòu)得以順利解析。該結(jié)構(gòu)首次顯示了這個(gè)復(fù)雜分子機(jī)器的整體組裝方式，為“單體”模型提供了直接的證據(jù)。這個(gè)結(jié)構(gòu)還清楚的顯示了底物RNA的結(jié)合方式和催化亞基選擇特定修飾位點(diǎn)的方式。研究發(fā)現(xiàn)，為了形成催化所需的活性狀態(tài)，底物的加載誘發(fā)了復(fù)合物內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生廣泛的變化。

Nature 469,559－563 (27 January 2011)

圖1. C/D RNP的底物結(jié)合位點(diǎn) 及活性位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。

上海光源是一臺(tái)高性能的中能第三代同步輻射光源，它的英文全名為Shanghai Synchrotron Radiation facility，簡(jiǎn)稱SSRF。它是我國(guó)迄今為止最大的大科學(xué)裝置和大科學(xué)平臺(tái)，在科學(xué)界和工業(yè)界有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值，每天能容納數(shù)百名來(lái)自全國(guó)或全世界不同學(xué)科、不同領(lǐng)域的科學(xué)家和工程師在這里進(jìn)行基礎(chǔ)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)。

袁訓(xùn)來(lái) 研究員

中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所微體古生物研究室主任

1965年8月出生。1990年，北京大學(xué)地質(zhì)系畢業(yè)，獲學(xué)士、碩士學(xué)位?，F(xiàn)任中國(guó)古生物學(xué)會(huì)理事，中國(guó)微體古生物學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)，中國(guó)化石藻類委員會(huì)主任,中國(guó)動(dòng)物學(xué)會(huì)進(jìn)化分會(huì)委員，中國(guó)科學(xué)院研究生院兼職教授，國(guó)際地層委員會(huì)埃迪卡拉系分會(huì)選舉委員?！犊茖W(xué)通報(bào)》特邀編輯,《古生物學(xué)報(bào)》副主編，《生物進(jìn)化》科普雜志主編，《地層學(xué)雜志》和《微體古生物學(xué)報(bào)》編委。

近年來(lái)先后獲得國(guó)家杰出青年基金、第八屆江蘇省青年科技獎(jiǎng)、美國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)大會(huì)特別論文獎(jiǎng)、中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)“銀錘”獎(jiǎng)、南京市十大科技之星，第五屆中國(guó)古生物學(xué)會(huì)尹贊勛獎(jiǎng)、首批“新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程”國(guó)家級(jí)人選、2005年度科學(xué)中國(guó)人、中科院研究生院優(yōu)秀教師、江蘇省科普先進(jìn)個(gè)人等；專著《陡山沱期生物群》獲中國(guó)科技圖書一等獎(jiǎng)、安徽省圖書一等獎(jiǎng)和中國(guó)圖書獎(jiǎng)。在貴州甕安地區(qū)發(fā)現(xiàn)的似地衣化石被評(píng)為2005年度“中國(guó)基礎(chǔ)研究十大新聞”。

長(zhǎng)期從事“地球早期生命起源、演化和環(huán)境背景”的研究，在早期多細(xì)胞真核生物的起源和輻射方面的研究取得了重要進(jìn)展。如，與國(guó)內(nèi)外合作者首次提出了多細(xì)胞藻類的起源和輻射模式；發(fā)現(xiàn)了最早期無(wú)脊椎動(dòng)物的實(shí)體化石證據(jù)；在早寒武紀(jì)的地層中發(fā)現(xiàn)了以海綿動(dòng)物化石為主的新的化石生物群；命名和深入研究了當(dāng)今國(guó)際早期生命領(lǐng)域廣泛關(guān)注的“甕安生物群”等。利用綜合研究方法，揭示了新疆庫(kù)魯克塔格地區(qū)在新元古代至少發(fā)生了三次全球性的冰期事件；利用同位素年齡和系統(tǒng)穩(wěn)定同位素的研究結(jié)果，確定了中國(guó)南方廣泛分布的南沱冰磧巖是Marinoan冰期的沉積；首次發(fā)現(xiàn)了新元古代Cloudina的無(wú)性繁殖現(xiàn)象，并認(rèn)為它可能是迄今為止最早的多毛類環(huán)節(jié)動(dòng)物化石。大部分成果發(fā)表在《Science》、《Nature》、《PNAS》和《Geology》等國(guó)際一流刊物上。已發(fā)表科研論文（著）80余（部），其中在SCI刊物上共發(fā)表論文40余篇，專著2部。

埃迪卡拉紀(jì)早期具形態(tài)分異的宏體真核生物組合

多細(xì)胞宏體生物的出現(xiàn)是地球生命進(jìn)化史上極為重要的革新事件。生物多細(xì)胞化以后，才有細(xì)胞的分化，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)器官的分化以及各種功能和形態(tài)的出現(xiàn)。在現(xiàn)今生物圈中，包括我們?nèi)祟愒趦?nèi)的所有肉眼可見(jiàn)的生命，幾乎都是多細(xì)胞宏體生物，它們?cè)谏镒V系樹上屬于真核生物一支，也是我們常說(shuō)的“高等生命”。在地質(zhì)歷史中，自寒武紀(jì)至今，這些高等生命是地球生物圈的主體，但它們是何時(shí)，在何種環(huán)境背景下以何種形態(tài)由單細(xì)胞生物演化而來(lái)？要回答這些問(wèn)題，只有保存在古老巖層中的生物化石才能提供最直接的證據(jù)。

在地球生命歷史中，已知最古老的宏體真核生物組合是“埃迪卡拉生物群”，其中，產(chǎn)自加拿大北部距今5.79-5.65億年的“阿瓦隆生物群”（Avalon biota）出現(xiàn)的年代最早。而在此之前，可靠的宏體真核生物化石極為稀少，大家也普遍認(rèn)為那個(gè)時(shí)期的真核生物主要是微體的，地球大氣圈中的氧氣含量也不足以支持宏體真核生物的大量發(fā)展。

袁訓(xùn)來(lái)研究員領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)對(duì)安徽省休寧縣藍(lán)田鎮(zhèn)附近的“藍(lán)田生物群”進(jìn)行了大量的挖掘和深入研究，對(duì)早期宏體真核生物的演化和環(huán)境背景帶來(lái)了新的認(rèn)識(shí)。

（1）產(chǎn)自埃迪卡拉紀(jì)早期藍(lán)田組黑色頁(yè)巖中的“藍(lán)田生物群”是迄今最古老的宏體真核生物群，時(shí)代限定在距今6.35—5.8億年之間，早于以往報(bào)道的所有埃迪卡拉生物群。

（2）該生物群不但包含了扇狀、叢狀生長(zhǎng)的海藻，也有具觸手和類似腸道特征、形態(tài)可與現(xiàn)代腔腸動(dòng)物或蠕蟲類相比較的后生動(dòng)物。根據(jù)已有的發(fā)現(xiàn)，至少能識(shí)別出15個(gè)不同形態(tài)類型的宏體生物。它們形態(tài)保存完整，絕大部分類型具有固著裝置，表明它是一個(gè)底棲固著生長(zhǎng)的宏體生物群。

（3）保存化石的頁(yè)巖微細(xì)層理發(fā)育，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何水動(dòng)力沉積和搬運(yùn)的跡象，表明“藍(lán)田生物群”為原地埋藏保存，它們的生活環(huán)境應(yīng)該在最大浪基面之下、透光帶之中。根據(jù)當(dāng)時(shí)的古地理位置，以及參考現(xiàn)代海洋環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)，“藍(lán)田生物群”應(yīng)該生活在靜水環(huán)境，水深在50米至200米之間。

該研究顯示了在新元古代“雪球地球”事件剛剛結(jié)束后不久，形態(tài)多樣化的的宏體真核生物，包括海藻和后生動(dòng)物就發(fā)生了快速的輻射。同時(shí)也意味著，這個(gè)時(shí)期大氣圈中的氧氣含量有了明顯的升高，較深部海水已經(jīng)由“雪球地球”之前的還原狀態(tài)轉(zhuǎn)變成了間歇性的氧化狀態(tài)，為宏體真核生物的生存提供了條件。

Nature 470,390－393 (17 February 2011)

施一公 教授

清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng) 清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院常務(wù)副院長(zhǎng)

清華大學(xué)生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)研究院副院長(zhǎng)

1967年5月生于河南駐馬店。1989年提前一年畢業(yè)并獲學(xué)士學(xué)位，1990年赴美留學(xué)。1995年獲約翰·霍普金斯大學(xué)生物物理博士學(xué)位。1998年1月獲聘美國(guó)普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)系助理教授，2001年10月獲得該校終身教職，2003年3月被聘為正教授，2007年4月受聘普林斯頓大學(xué)終身講席教授。2007年被聘為教育部長(zhǎng)江學(xué)者講座教授。2008年2月至今，受聘清華大學(xué)教授。2009年，入選第一批“千人計(jì)劃”。2005年，當(dāng)選華人生物學(xué)家協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)。現(xiàn)任清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng)、醫(yī)學(xué)院常務(wù)副院長(zhǎng)、生命科學(xué)與醫(yī)學(xué)研究院副院長(zhǎng)。

2003年獲國(guó)際蛋白質(zhì)學(xué)會(huì)(The Protein Society)頒發(fā)的“鄂文西格青年研究家獎(jiǎng)”(Irving Sigal Young Investigator Award)，成為這一獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)立17年以來(lái)首位獲獎(jiǎng)的華裔學(xué)者。2010年因?yàn)閷?duì)細(xì)胞凋亡通路中蛋白調(diào)節(jié)機(jī)制的深入研究而獲賽克勒國(guó)際生物物理學(xué)獎(jiǎng)(The Raymond & Beverly Sackler International Prize in Biophysics)。

研究涉及細(xì)胞凋亡領(lǐng)域、膜蛋白結(jié)構(gòu)與功能領(lǐng)域、蛋白降解與質(zhì)量控制領(lǐng)域和SMAD蛋白信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)領(lǐng)域。主要運(yùn)用結(jié)構(gòu)生物學(xué)和生物化學(xué)的手段研究腫瘤發(fā)生和細(xì)胞調(diào)亡的分子機(jī)制，集中于腫瘤抑制因子和細(xì)胞凋亡調(diào)節(jié)蛋白的結(jié)構(gòu)和功能研究，與重大疾病相關(guān)膜蛋白的結(jié)構(gòu)與功能的研究，細(xì)胞內(nèi)生物大分子機(jī)器的結(jié)構(gòu)與功能研究。

王佳偉 助理教授

清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

2001年畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)與工程系獲學(xué)士學(xué)位，2005年獲中國(guó)科學(xué)院物理研究所博士學(xué)位。2005年至2008年，美國(guó)阿崗國(guó)家實(shí)驗(yàn)室/國(guó)立癌癥研究所蛋白質(zhì)晶體學(xué)實(shí)驗(yàn)室/SAIC-Frederick Inc.從事博士后研究；2008年至2011年，清華大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)系任高級(jí)工程師；2011年受聘于清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院擔(dān)任助理教授。

主要從事膜蛋白晶體學(xué)研究：利用X射線晶體學(xué)解析與重大疾病相關(guān)的膜蛋白的晶體結(jié)構(gòu)，同時(shí)探索利用細(xì)聚焦光束線測(cè)定微小膜蛋白晶體結(jié)構(gòu)的技術(shù)，及微小晶體衍射相位的獲取和結(jié)構(gòu)分析等關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。

MecA-ClpC復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)

ATP依賴的可調(diào)控蛋白質(zhì)水解廣泛存在于大多數(shù)生命體中，對(duì)于及時(shí)清除機(jī)體內(nèi)的垃圾蛋白以及調(diào)節(jié)蛋白具有十分重要的作用。原核生物中負(fù)責(zé)這一功能的蛋白酶體由調(diào)節(jié)亞基-Clp/Hsp100家族成員同催化亞基ClpP兩部分組成。研究發(fā)現(xiàn)，Clp/Hsp100家族蛋白都是以六聚體形式執(zhí)行功能。ClpC是Clp/Hsp100家族的重要成員，含有兩個(gè)AAA+(ATPasesassociatedwithdiversecellularactivities)結(jié)構(gòu)域（核酸結(jié)合結(jié)構(gòu)域），與該家族其它成員不同的是，ClpC的六聚體形成及其進(jìn)一步的激活需要接頭蛋白MecA的參與。利用ATP水解的能量，激活后的六聚體MecA-ClpC分子能夠去折疊特異性蛋白質(zhì)底物，并將生成的去折疊多肽鏈轉(zhuǎn)運(yùn)到ClpP中降解。但是，MecA如何介導(dǎo)ClpC形成六聚體并激活ClpC的分子機(jī)制一直都沒(méi)有明確的解釋。

施一公教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組首次解析了枯草芽孢桿菌內(nèi)蛋白酶體調(diào)節(jié)亞基MecA-ClpC復(fù)合物的三個(gè)相關(guān)晶體結(jié)構(gòu)，并結(jié)合大量的生化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，揭示了六聚體MecA-ClpC復(fù)合物的組裝方式，闡明了MecA介導(dǎo)ClpC激活的分子機(jī)理，并提供了MecA-ClpC執(zhí)行功能的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)揭密其它Clp/Hsp100分子機(jī)器的組裝方式也有很好的借鑒作用，并且為研究真核生物內(nèi)更為復(fù)雜的泛素－蛋白酶體系統(tǒng)提供了方法論和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

Nature 471,331－335 (17 March 2011)

孫 革 教授

吉林大學(xué)古生物研究中心主任 沈陽(yáng)師范大學(xué)古生物研究所所長(zhǎng)

遼寧古生物博物館館長(zhǎng)

1943年9月生，遼寧沈陽(yáng)人。1968年畢業(yè)于長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院。1979年至1984年，中科院南京地質(zhì)古生物所研究生，1985年獲博士學(xué)位。1988年至1989年，英國(guó)大英博物館（自然史部）完成博士后研究。1995年至2000年，任中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物所副所長(zhǎng)，并歷任中國(guó)古生物學(xué)會(huì)秘書長(zhǎng)（1997-2001）、國(guó)際古植物學(xué)會(huì)副主席（2000-2004）等?，F(xiàn)為中國(guó)古生物學(xué)會(huì)古植物學(xué)分會(huì)理事長(zhǎng)，《世界地質(zhì)》(Global Geology)主編，美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)（自然史博物館）名譽(yù)教授。中德合作新疆地質(zhì)工作站中方主任，中國(guó)科學(xué)院生物多樣性重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室學(xué)術(shù)委員會(huì)委員，中國(guó)古生物化石保護(hù)基金會(huì)專家委員會(huì)委員，遼寧省化石鑒定委員會(huì)委員。

曾獲2004年教育部提名國(guó)家自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，2005年李四光地質(zhì)科學(xué)獎(jiǎng)，1997年中國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)二等獎(jiǎng)等；2007年當(dāng)選為長(zhǎng)春市勞動(dòng)模范。

主要從事古生物學(xué)、地層學(xué)，專長(zhǎng)于中生代植物及早期被子植物研究。1998年至2002年，率課題組首次發(fā)現(xiàn)迄今世界最早的被子植物“遼寧古果”及“中華古果”，提出“被子植物起源的東亞中心”假說(shuō)。在有關(guān)被子植物起源的祖先類群方面，古植物學(xué)界以往多流行“真花說(shuō)”或“假花說(shuō)”，而“遼寧古果”的發(fā)現(xiàn)卻表明，被子植物的祖先類群可能是現(xiàn)已滅絕的種子蕨類植物。這在全球被子植物起源研究方面是一個(gè)新的、重要突破。“遼寧古果”的發(fā)現(xiàn)，為破解達(dá)爾文的“討厭之謎”邁出重要一步，為解開(kāi)這個(gè)謎團(tuán)提供了重要依據(jù)。“遼寧古果”這一重大發(fā)現(xiàn)被評(píng)為“1998年中國(guó)十大科技新聞”和“1998年中國(guó)基礎(chǔ)研究十大新聞”。2002年，他和課題組又發(fā)現(xiàn)了與“遼寧古果”同時(shí)代的、迄今最早的被子植物“中華古果”，提出古果屬為被子植物的“基本類群”，新建了“古果科”。

中國(guó)一種白堊紀(jì)早期的雙子葉植物

被子植物又稱有花植物，而真雙子葉植物是被子植物的主要分支之一，以具有三溝型花粉為特征。人們平時(shí)常見(jiàn)的槭樹、柞樹以及毛茛科植物等都是真雙子葉植物。然而，由于早期真雙子葉植物的化石十分罕見(jiàn)，以往科學(xué)界對(duì)真雙子葉植物的早期類群及其祖先所知甚少?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這些化石在大致同時(shí)期的集中發(fā)現(xiàn)表明，在距今1．25億年前，早期被子植物在演化上可能有一個(gè)“加速期”或稱“爆發(fā)期”，這較之科學(xué)界以往的認(rèn)識(shí)要早1000萬(wàn)年左右。

孫革教授與美國(guó)印第安納大學(xué)的David L. Dilcher教授領(lǐng)導(dǎo)的由沈陽(yáng)師范大學(xué)、吉林大學(xué)、中科院植物所和美國(guó)印第安納大學(xué)、佛羅里達(dá)大學(xué)科學(xué)家組成的課題組在我國(guó)東北遼寧凌源距今約1．24億年的地層中首次發(fā)現(xiàn)迄今最早的真雙子葉被子植物化石——“李氏果”。此前，科學(xué)家曾相繼在此發(fā)現(xiàn)了“遼寧古果”、“中華古果”、“十字里海果”等被子植物化石，其中“遼寧古果”更是被譽(yù)為迄今發(fā)現(xiàn)的地球上“最早的花”。這些已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的被子植物化石與此次發(fā)現(xiàn)的“李氏果”基本上都處于距今約1．24億年前至1．25億年前的地層?！袄钍瞎边@一古老的真雙子葉植物非常接近現(xiàn)生的毛茛科植物，也是現(xiàn)生的大多數(shù)有花植物有直接系統(tǒng)演化聯(lián)系的迄今最早的“祖先”。‘中華古果’、‘十字里海果’以及‘遼寧古果’，盡管所處年代與‘李氏果’基本相當(dāng)或稍早，但它們所屬的科級(jí)類群現(xiàn)在都已滅絕，而‘李氏果’所代表的真雙子葉植物現(xiàn)在仍有約25萬(wàn)種，占整個(gè)被子植物種類的75%，這使得‘李氏果’成為迄今最早的與現(xiàn)生毛茛科被子植物有直接系統(tǒng)演化聯(lián)系的化石。”

這次發(fā)現(xiàn)的“李氏果”化石保存完好，形態(tài)特征與現(xiàn)生的毛茛科植物基本一致，在葉形、脈序和果實(shí)特征等方面特別像現(xiàn)生的鐵線蓮、翠雀花等?！袄钍瞎钡陌l(fā)現(xiàn)填補(bǔ)了我國(guó)早白堊世早中期真雙子葉植物化石記錄的空白。孫革教授等人認(rèn)為，被子植物也不可能剛一出現(xiàn)就進(jìn)入“爆發(fā)期”，因此推斷，被子植物的起源還應(yīng)該在“爆發(fā)期”之前，課題組今后將集中精力在距今約1．6億年前至1．8億年前的侏羅紀(jì)地層里去尋找更早的“花”。

Nature 471, 625－628 (31 March 2011)

圖2. 李氏果的假象圖。

饒 毅 教授

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng) 北京生命科學(xué)研究所副所長(zhǎng)

1983年畢業(yè)于江西醫(yī)學(xué)院（現(xiàn)南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)院）。1985年獲上海第一醫(yī)學(xué)院（現(xiàn)復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院）碩士學(xué)位。1991年獲加州大學(xué)舊金山分校神經(jīng)科學(xué)博士學(xué)位。1991年至1994年，哈佛大學(xué)生物化學(xué)與分子生物學(xué)系博士后。1994年至2004年，華盛頓大學(xué)(圣路易斯)醫(yī)學(xué)院解剖學(xué)與神經(jīng)生物學(xué)系工作。2004年至2006年，任美國(guó)西北大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所副所長(zhǎng)。2004年起任中國(guó)北京生命科學(xué)研究所資深研究員，學(xué)術(shù)副所長(zhǎng)。2007年起任北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院院長(zhǎng) 。

現(xiàn)任西北大學(xué)神經(jīng)內(nèi)科學(xué)Elsa Swanson講席教授、美國(guó)西北大學(xué)Feinberg醫(yī)學(xué)院Feinberg臨床神經(jīng)科學(xué)研究所研究主任、美國(guó)西北大學(xué)神經(jīng)內(nèi)科學(xué)教授、中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所兼職博士生導(dǎo)師、中國(guó)科技大學(xué)兼職教授、國(guó)科學(xué)院自然科學(xué)史研究所兼職博士生導(dǎo)師。1998年獲國(guó)家杰出青年基金。

1999年，蒲慕明、吳建屏、魯白、梅林、饒毅建立中國(guó)科學(xué)院上海神經(jīng)科學(xué)研究所。2000年，饒毅和吳家睿創(chuàng)立BIO2000研究生課程。2002年，德國(guó)科學(xué)家施瓦茨和饒毅創(chuàng)建中國(guó)科學(xué)院上海交叉學(xué)科研究中心。2004年，王曉東、鄧興旺和饒毅建立北京生命科學(xué)研究所。

主要通過(guò)多學(xué)科交叉，用分子生物學(xué)、遺傳學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、心理學(xué)、化學(xué)分析、現(xiàn)代成像和電生理等綜合途徑，研究重要和基本社會(huì)行為。通過(guò)遺傳學(xué)途徑研究社會(huì)行為的分子機(jī)理。主要用果蠅和鼠研究同性間爭(zhēng)斗、異性間求偶、和親子間撫育等行為。用可以定量的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停^察行為的模式和變化。用遺傳學(xué)方法，控制特定腦區(qū)神經(jīng)活動(dòng)，以確立腦中參與特定行為的區(qū)域。通過(guò)分析基因突變后的行為表型，找到調(diào)控行為的分子。希望理解一個(gè)行為執(zhí)行需要的分子和神經(jīng)通路，了解行為如何發(fā)育，行為發(fā)育的分子和細(xì)胞機(jī)理。在動(dòng)物中，可以通過(guò)分析基因突變后的行為表型，篩選和找到調(diào)控行為的分子。在人類，通過(guò)全基因組分析，發(fā)現(xiàn)人群中與社會(huì)行為和認(rèn)知相關(guān)的基因、以及基因與環(huán)境的相互作用。

雄性小鼠大腦中神經(jīng)遞質(zhì)五羥色胺的基因研究揭示性取向選擇的調(diào)節(jié)機(jī)制

從普通的社會(huì)交往、合作、競(jìng)爭(zhēng)到政治、外交，這些由動(dòng)物做出的針對(duì)其他動(dòng)物的行為，統(tǒng)稱為社會(huì)行為。對(duì)于人類和其他社會(huì)動(dòng)物而言，社會(huì)行為的重要性不言而喻。那么，社會(huì)行為的生物學(xué)機(jī)理是什么？動(dòng)物腦中哪些分子和細(xì)胞決定和參與社會(huì)行為？這些都是有趣且重要的科學(xué)問(wèn)題。求偶是一種基本的社會(huì)行為。求偶時(shí)必需做出的首要決定是選擇求偶對(duì)象，最簡(jiǎn)單的選擇是選擇追求哪一性別。這個(gè)貌似簡(jiǎn)單的行為選擇，科學(xué)家們對(duì)其生物學(xué)機(jī)理卻了解不多。一般兩性動(dòng)物選擇異性，但是在多數(shù)動(dòng)物種屬，從果蠅、羊、牛、猴到人，也一直有部分動(dòng)物追求同性。這個(gè)看起來(lái)不易理解的現(xiàn)象，不僅是人類社會(huì)學(xué)的問(wèn)題，也是生物學(xué)的問(wèn)題。對(duì)于求偶選擇的分子生物學(xué)理解，最早見(jiàn)于果蠅。從1960年代發(fā)現(xiàn)第一個(gè)突變，到1996年發(fā)現(xiàn)第一個(gè)影響求偶選擇的基因，迄今已知有近10個(gè)基因參與果蠅求偶。但是，哺乳類的動(dòng)物中迄今沒(méi)有證明如何與這些已知果蠅基因相關(guān)的基因參與哺乳類求偶。除了性激素以外，哺乳類只有兩個(gè)基因發(fā)現(xiàn)和求偶相關(guān)，它們編碼的蛋白質(zhì)都表達(dá)在老鼠的鼻腔中，參與識(shí)別性別間差別。在中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)，特別是腦內(nèi)，迄今沒(méi)有發(fā)現(xiàn)參與求偶選擇的分子。所以，對(duì)于哺乳類求偶選擇的中樞調(diào)控理解很少。

饒毅實(shí)驗(yàn)室近年發(fā)現(xiàn)，腦內(nèi)的五羥色胺分子以及表達(dá)五羥色胺的神經(jīng)細(xì)胞對(duì)于雄性求偶至關(guān)重要，從而揭示了哺乳類求偶調(diào)控的分子和細(xì)胞原理。五羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT），又稱血清素，是一種重要的神經(jīng)遞質(zhì)。其最早從血清中分離出來(lái)。由于血腦屏障的存在，血液中的5-HT很難進(jìn)入中樞，因此中樞和外周神經(jīng)的5-HT分屬兩個(gè)功能不同的獨(dú)立系統(tǒng)。5-HT作為人體的內(nèi)源性活性物質(zhì)，與人體很多生理病理活動(dòng)密切相關(guān)，作為神經(jīng)遞質(zhì)的5-HT，在腦內(nèi)可參與多種生理功能及病理狀態(tài)的調(diào)節(jié)，如睡眠、攝食、體溫、精神情感性疾病的調(diào)節(jié)。

饒毅領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)首先比較了野生型的小鼠與缺失中樞性血清素神經(jīng)元的小鼠，前者表現(xiàn)出對(duì)于雌性的更強(qiáng)烈興趣（相對(duì)于雄性），而后者雖然沒(méi)有表現(xiàn)出嗅覺(jué)或者信息素傳感方面的缺失，但是卻失去了性別選擇的能力。而后，研究人員進(jìn)一步通過(guò)敲除了涉及大腦中5-HT合成過(guò)程中的關(guān)鍵第一步的Tph2相關(guān)基因，導(dǎo)致腦中五羥色胺不能合成、或者含五羥色胺細(xì)胞的細(xì)胞不能生存，這時(shí)雄鼠面臨雌雄的時(shí)候，失去選擇，對(duì)雌雄同等追求。在成年鼠中，他們通過(guò)加入藥物，在缺乏五羥色胺的雄鼠中提高五羥色胺濃度，可以在幾十分鐘內(nèi)，逆轉(zhuǎn)雄鼠的無(wú)偏好而重新偏好雌性。研究表明，在腦中調(diào)控求偶選擇起重要作用的有五羥色胺這種傳送神經(jīng)細(xì)胞之間信息的分子（神經(jīng)遞質(zhì)），以及含五羥色胺的神經(jīng)細(xì)胞（“五羥色胺能神經(jīng)細(xì)胞”）。

Nature 472, 95－99 (07 April 2011)

顏 寧 教授

清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院

1977年出生。2000年，畢業(yè)于清華大學(xué)生物系獲學(xué)士學(xué)位。2000年至2004年，普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)系在施一公教授指導(dǎo)下攻讀博士學(xué)位。2005年至2007年，普林斯頓大學(xué)分子生物學(xué)系從事博士后研究。2007年，受聘于清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院擔(dān)任教授、博導(dǎo)。

2005年獲得由《Science》雜志和GE Healthcare評(píng)選的“青年科學(xué)家獎(jiǎng)”(北美地區(qū))。

主要科研領(lǐng)域與方向：人類基因組中編碼蛋白的所有基因約有30%編碼膜蛋白（membrane proteins）。膜蛋白在一切生命過(guò)程中起著關(guān)鍵作用，具有重要的生理功能。FDA批準(zhǔn)上市的藥物中,約50%的作用靶點(diǎn)為膜蛋白。因此，對(duì)膜蛋白結(jié)構(gòu)與功能的研究具有極高的生物學(xué)意義及醫(yī)藥應(yīng)用前景。但是由于研究手段有限，對(duì)膜蛋白的生物學(xué)功能以及結(jié)構(gòu)研究極為困難。

轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（transport proteins）是膜蛋白的一大類，介導(dǎo)生物膜內(nèi)外的化學(xué)物質(zhì)以及信號(hào)交換。脂質(zhì)雙分子層在細(xì)胞或細(xì)胞器周圍形成了一道疏水屏障，將其與周圍環(huán)境隔絕起來(lái)。盡管有一些小分子可以直接滲透通過(guò)膜，但是大部分的親水性化合物，如糖，氨基酸，離子，藥物等等，都需要特異的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的幫助來(lái)通過(guò)疏水屏障。因此，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝取，代謝產(chǎn)物釋放以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)等廣泛的細(xì)胞活動(dòng)中起著重要的作用。大量疾病都與膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白功能失常有關(guān)，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是諸如抗抑郁劑，抗酸劑等大量藥物的直接靶點(diǎn)。

我們的研究興趣主要集中在次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)鞍祝╯econdary active transporters）的工作機(jī)理上。交替通路模型（alternatingaccess model）被用來(lái)解釋轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的工作機(jī)理，在這個(gè)模型中，轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白至少采取兩種構(gòu)象來(lái)進(jìn)行底物的裝載及卸載：一種向膜外開(kāi)放，一種向膜內(nèi)開(kāi)放。有許多結(jié)構(gòu)和生物物理學(xué)證據(jù)支持這個(gè)模型。但是，仍有兩個(gè)最有趣的基本問(wèn)題沒(méi)有解決。第一,主動(dòng)運(yùn)輸?shù)哪芰颗悸?lián)機(jī)制是什么？第二，在轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中，是什么因素觸發(fā)了轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的構(gòu)象變化？我們實(shí)驗(yàn)室使用基于結(jié)構(gòu)的研究手段對(duì)次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸?shù)鞍走M(jìn)行研究，以期解決轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白工作機(jī)理中的基本問(wèn)題。

尿嘧啶轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白UraA的結(jié)構(gòu)和機(jī)制

核苷堿基作為DNA、RNA的重要組成成分，是各種生物必需的分子，而維生素C則在人類健康中起著關(guān)鍵的作用，眾所周知，維生素C的攝入不足會(huì)導(dǎo)致壞血病。多年研究證明各種核苷堿基以及維生素C的吸收由一類跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白家族NAT(Nucleobase/Ascorbate Transporter)蛋白介導(dǎo)。然而一直以來(lái)生物學(xué)家們對(duì)于NAT家族蛋白完成跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的機(jī)制并不清楚。

核苷堿基-維生素C轉(zhuǎn)運(yùn)(NAT)蛋白家族，又稱為核苷堿基-陽(yáng)離子同向轉(zhuǎn)運(yùn)載體2(NCS2)蛋白家族，在各種生物核苷堿基攝取的生理活動(dòng)中發(fā)揮著重要作用。但是很長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)，這一大類蛋白的三維結(jié)構(gòu)信息以及其發(fā)揮生理活性的機(jī)制一直不得而知。顏寧教授率領(lǐng)的科研小組自建立以來(lái)即致力于對(duì)膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白結(jié)構(gòu)，特別是營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：質(zhì)子共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的結(jié)構(gòu)與分子機(jī)理的研究，并于2007年開(kāi)始了對(duì)NAT家族蛋白的研究，首先選取了大腸桿菌尿嘧啶-質(zhì)子共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(Uracil:proton Symporter)UraA這一該家族代表性成員作為研究對(duì)象，利用現(xiàn)代結(jié)構(gòu)生物學(xué)的方法，終于在2010年4月首次獲得了UraA與底物尿嘧啶高達(dá)2.8埃的高分辨率三維精細(xì)結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)三維晶體結(jié)構(gòu)的分析，驚喜地發(fā)現(xiàn)：在擁有由14個(gè)跨膜片段形成的兩個(gè)反向重復(fù)序列的UraA蛋白中，存在著一種全新的蛋白折疊形式！在第3號(hào)和第10號(hào)跨膜片段間存在著一對(duì)反向平行的beta-折疊片，它們?cè)诘鞍捉Y(jié)構(gòu)的維持和蛋白底物的識(shí)別中發(fā)揮了重要作用。這一發(fā)現(xiàn)基本顛覆了一直以來(lái)對(duì)于膜整合蛋白結(jié)構(gòu)的認(rèn)知。過(guò)去25年的膜蛋白結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究似乎表明，膜整合蛋白的跨膜區(qū)或者只有alpha螺旋，或者只有beta折疊。唯一的例外是S2P蛋白，其在膜邊緣處還有三個(gè)beta折疊，由于是出于蛋白邊緣，還一度被專家質(zhì)疑是否是由于體外結(jié)晶造成的結(jié)構(gòu)變相。而UraA的結(jié)構(gòu)毫無(wú)疑義地證明這alpha螺旋和beta折疊兩種蛋白二級(jí)結(jié)構(gòu)可以在膜蛋白的跨膜區(qū)中同時(shí)存在，這已發(fā)現(xiàn)為研究膜蛋白的折疊和進(jìn)化提供了重要線索。

進(jìn)一步結(jié)構(gòu)分析表明UraA在空間排布上呈現(xiàn)兩個(gè)明顯的結(jié)構(gòu)域，即核心結(jié)構(gòu)域和門控結(jié)構(gòu)域。在已有的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，他們通過(guò)大量的體內(nèi)體外生化實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證明了該蛋白特殊結(jié)構(gòu)的生理意義：蛋白底物尿嘧啶在跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過(guò)程中首先被準(zhǔn)確地定位在兩個(gè)結(jié)構(gòu)域之間，進(jìn)而通過(guò)核心結(jié)構(gòu)域和門控結(jié)構(gòu)域之間的構(gòu)像變化完成整個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程。他們還發(fā)現(xiàn)了在底物識(shí)別共轉(zhuǎn)運(yùn)中起關(guān)鍵作用的數(shù)個(gè)氨基酸?？蒲行〗M根據(jù)序列比較，進(jìn)一步提出了NAT家族利用鈉離子或質(zhì)子共轉(zhuǎn)運(yùn)底物的分子機(jī)理。

Nature 472,243－246 (14 April 2011)

柴繼杰 教授

清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

1987年畢業(yè)于大連輕工業(yè)學(xué)院獲學(xué)士學(xué)位。1987年至1991年，丹東鴨綠江造紙廠助理工程師。1994年獲得石油化工科學(xué)研究院碩士學(xué)位。1997年，獲得協(xié)和醫(yī)科大學(xué)藥物研究所博士學(xué)位。1997年至1999年，中科院生物物理研究所博士后。1999年至2004年，普林斯頓大學(xué)博士后，清華大學(xué)施一公教授第一個(gè)博士后。2004年至2009年，北京生命科學(xué)研究所研究員。2009年至今，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授。

關(guān)注并研究在生物學(xué)及藥學(xué)應(yīng)用中的重要大分子結(jié)構(gòu)與功能。主要通過(guò)蛋白晶體衍射的方法及一些細(xì)胞生物學(xué)、生物化學(xué)等手段闡述這些生物大分子在結(jié)構(gòu)和功能上的聯(lián)系。我們實(shí)驗(yàn)室并不局限于已建立的研究框架，還在與北京生命科學(xué)研究所的其他研究小組合作，開(kāi)展聯(lián)合研究項(xiàng)目。

一個(gè)正進(jìn)行的研究方向?qū)㈥P(guān)注于組蛋白的共價(jià)修飾調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的分子機(jī)制，主要集中于組蛋白甲基化及去甲基化酶催化機(jī)理的研究。另外，一些調(diào)控蛋白如何特異性識(shí)別不同的組蛋白的共價(jià)修飾也屬于我們的研究范圍。我們另外的一個(gè)研究的領(lǐng)域是有關(guān)病原菌與宿主間的相互關(guān)系。在植物與動(dòng)物體中，都編碼一類高度保守的蛋白質(zhì)——NBS-LRR蛋白。這類蛋白對(duì)動(dòng)植物種的免疫反應(yīng)都具有很重要的作用。但是目前我么對(duì)病原體激活這類蛋白從而引起免疫反應(yīng)的分子機(jī)制了解的還很少。我們正試圖通過(guò)結(jié)構(gòu)生物學(xué)的方法結(jié)合生物化學(xué)手段重點(diǎn)研究這一問(wèn)題。

BRI1識(shí)別油菜素內(nèi)酯的晶體結(jié)構(gòu)

在植物和動(dòng)物中，受體激酶(receptor-like kinases，RLKs)介導(dǎo)了各種各樣的細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)途徑。在動(dòng)物細(xì)胞中，酪氨酸受體激酶和絲氨酸／蘇氨酸受體激酶的作用機(jī)理在許多報(bào)告中已被詳細(xì)闡明：配體通過(guò)識(shí)別并結(jié)合細(xì)胞外受體的相應(yīng)的功能區(qū)，使受體發(fā)生雙聚作用，引起受體的磷酸化，從而激發(fā)其下游的一系列信號(hào)的傳導(dǎo)。然而，對(duì)于植物來(lái)說(shuō)，有關(guān)RLKs的相應(yīng)研究只在最近幾年才有一些突破性的工作。雖然在植物的基因組里可以推測(cè)到許多植物受體激酶基因的閱讀框，但這些受體是怎樣進(jìn)行信號(hào)傳導(dǎo)還不是很清楚。 在這些植物受體激酶中，最大的一類是富亮氨酸重復(fù)(leucine-rice repeats，LRRs)的受體激酶(LRR-RLKS)。在擬南芥中至少含有200多個(gè)編碼這一類激酶的基因。這類LRR-RLKS參與了各種各樣的生物途徑，包括分生組織的生長(zhǎng)調(diào)控，抗病性，激素信號(hào)傳遞，組織發(fā)育等。BRI1是LRR-RLKS家族的主要成員，過(guò)去的研究表明BRI1受體及其共受體BAK1在一種重要的植物激素油菜素內(nèi)酯的識(shí)別中起重要作用。

柴繼杰教授領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)報(bào)道了BRI1識(shí)別BL的晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)合生化實(shí)驗(yàn)提出了BRI1活化的可能機(jī)制。結(jié)構(gòu)顯示BRI1的胞外部分包括一個(gè)N端帽結(jié)構(gòu)域、25個(gè)亮氨酸基序、一個(gè)C端帽結(jié)構(gòu)域及位于21與22基序之間的島狀結(jié)構(gòu)域。正如典型含豐富亮氨酸基序蛋白結(jié)構(gòu)一樣，這些基序串聯(lián)在一起形成一個(gè)高度彎曲的螺旋管狀結(jié)構(gòu)，圍繞中心軸旋轉(zhuǎn)了360度。與其它含豐富亮氨酸基序蛋白結(jié)構(gòu)有區(qū)別的是BRI1由豐富亮氨酸基序形成的螺旋管狀結(jié)構(gòu)異常扭曲，相對(duì)于第一個(gè)基序，最后一個(gè)基序通過(guò)右手螺旋圍饒中心軸上升了60埃。另一顯著的特點(diǎn)是在螺旋管的內(nèi)側(cè)有一個(gè)島狀結(jié)構(gòu)域。以前的生化實(shí)驗(yàn)認(rèn)為島狀結(jié)構(gòu)域與臨近的亮氨酸基序參與配體油菜素內(nèi)酯的識(shí)別。我們的晶體結(jié)構(gòu)顯示島狀結(jié)構(gòu)域確實(shí)參與了配體的結(jié)合，但是只有島狀結(jié)構(gòu)域是不夠的，其需要與臨近的亮氨酸基序骨架共同構(gòu)成一個(gè)可以容納配體的小坑，受體與配體形成了很好的形狀與電荷互補(bǔ)，BRI1蛋白與BL識(shí)別的作用力主要由疏水相互作用構(gòu)成，這也可以解釋為什么受體可以結(jié)合許多結(jié)構(gòu)不同的油菜素內(nèi)脂化合物。復(fù)合物的晶體結(jié)構(gòu)也提示，油菜素內(nèi)脂的七元B環(huán)上的六位酮基氧和23位的羥基對(duì)于配體的選擇性是需要的。這些結(jié)構(gòu)信息也有助于設(shè)計(jì)新的非油菜素內(nèi)脂小分子，以達(dá)到根據(jù)需求控制植物的性狀來(lái)滿足人類的需要。同時(shí)，結(jié)合BL后BRI1的兩段肽段發(fā)生了明顯的構(gòu)像變化，這些現(xiàn)象結(jié)合生化實(shí)驗(yàn)結(jié)果為BRI1受體結(jié)合BL后如何活化提供了線索。

這一結(jié)構(gòu)不僅解釋了BRI1是如何識(shí)別BL的，更重要的是以前人們認(rèn)為，對(duì)于甾類激素例如雌激素主要是由胞漿或核內(nèi)的受體識(shí)別。我們的結(jié)構(gòu)揭示了一種存在于細(xì)胞膜上的全新的識(shí)別甾類激素的結(jié)構(gòu)域。表明細(xì)胞膜上也可以做為甾類激素發(fā)揮作用的部位。對(duì)于哺乳動(dòng)物甾類激素膜表面受體的認(rèn)識(shí)也有重要啟示意義。

同時(shí)，在模式生物擬南芥中有至少含有200多個(gè)富含亮氨酸重復(fù)的受體激酶（在水稻中大約有600多個(gè)），這類LRR-RLKS參與了多種多樣的生物過(guò)程：調(diào)控分生組織的生長(zhǎng)、抗病性、激素信號(hào)傳遞、組織發(fā)育等。BRI1晶體結(jié)構(gòu)也為研究這一類蛋白提供了很好的范例。

Nature 474,472－476 (23 June 2011)

惠利健 研究員

中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院

1997畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生物系獲學(xué)士學(xué)位。2003年獲中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)院上海細(xì)胞研究所博士學(xué)位。2004年至2008在奧地利維也納Institute of Molecular Pathology (IMP)從事博士后研究工作。2008年任中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)院上海生物化學(xué)和細(xì)胞研究所研究員。

主要從事肝癌細(xì)胞研究工作。肝癌作為一個(gè)全球范圍的惡性肝癌，在東南亞和中國(guó)的發(fā)生率尤其的高。在肝癌發(fā)生過(guò)程中，肝癌細(xì)胞常常產(chǎn)生基因的遺傳改變，同時(shí)肝癌內(nèi)的基質(zhì)細(xì)胞也經(jīng)常表現(xiàn)出異常的功能。MAPK信號(hào)通路的異常激活近年來(lái)被發(fā)現(xiàn)和許多腫瘤發(fā)生有非常重要關(guān)系。我們實(shí)驗(yàn)室最近的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明p38αMAPK激酶抑制了肝癌細(xì)胞的增殖，而JNK1激酶的活化促進(jìn)了肝癌細(xì)胞的增殖，從而在肝癌發(fā)生中起到關(guān)鍵的作用。但是，對(duì)這個(gè)信號(hào)通路的具體調(diào)節(jié)和其下游基因的功能還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有被研究清楚。因此，我計(jì)劃利用轉(zhuǎn)基因小鼠模型來(lái)詳細(xì)研究p38和JNK MAPK通路在肝癌細(xì)胞和腫瘤基質(zhì)細(xì)胞增殖，死亡，衰老和分化中的功能。首先，研究p38上游激酶和磷酸酶在肝癌發(fā)生中的作用，其目的是發(fā)現(xiàn)激活p38通路是否可以抑制肝癌的生長(zhǎng)，從而在未來(lái)可以設(shè)計(jì)針對(duì)p38通路的肝癌治療藥物。其次，進(jìn)一步研究抑制JNK和其下游的c-Jun通路是否可以應(yīng)用于肝癌治療。這部分的工作包括發(fā)現(xiàn)JNK的特異性抑制劑，以及c-Jun及其下游基因在化療藥物誘導(dǎo)的肝癌細(xì)胞凋亡中的功能。最后，研究MAPK和AP-1基因在肝成纖維細(xì)胞中的功能，從而了解其在肝纖維化和肝硬化導(dǎo)致的肝癌中的作用。這個(gè)計(jì)劃所得到的結(jié)果將會(huì)大大增加我們對(duì)MAPK在肝癌中作用的認(rèn)識(shí)。從應(yīng)用角度來(lái)講，在這個(gè)課題中發(fā)現(xiàn)的抑制藥物可進(jìn)一步被應(yīng)用于肝癌治療的臨床試驗(yàn)。

成纖維細(xì)胞重編程生成了成熟的肝細(xì)胞樣細(xì)胞

肝移植術(shù)是目前治療終末期肝病的重要技術(shù)，然而由于供體緊缺、免疫排斥等問(wèn)題使得大量的肝病患者無(wú)法獲得及時(shí)有效的治療。繞開(kāi)供體肝移植，生成患者自身的功能性肝細(xì)胞已成為了再生醫(yī)學(xué)的研究熱點(diǎn)。轉(zhuǎn)分化是指成體組織細(xì)胞改變其表型的一種現(xiàn)象，即在一定條件下控制發(fā)育方向的轉(zhuǎn)錄因子表達(dá)發(fā)生改變，從而使成體干細(xì)胞或分化細(xì)胞特定的分化狀態(tài)也發(fā)生改變。近年來(lái)隨著體外誘導(dǎo)條件的不斷發(fā)展及理論研究的深入，轉(zhuǎn)分化技術(shù)逐漸被科學(xué)家們廣泛利用到器官移植獲取具有修復(fù)功能的細(xì)胞研究中，科學(xué)家們利用轉(zhuǎn)分化技術(shù)已成功地誘導(dǎo)成體細(xì)胞重編程生成了血細(xì)胞、心肌細(xì)胞和神經(jīng)細(xì)胞。然而直到目前為止對(duì)于研究者們而言利用這一技術(shù)獲得肝細(xì)胞卻仍是一個(gè)特殊的挑戰(zhàn)?；堇⊙芯繂T領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)將在肝臟發(fā)育及功能中起重要作用的14種轉(zhuǎn)錄因子轉(zhuǎn)導(dǎo)至獲得的小鼠尾部成纖維細(xì)胞中，并對(duì)這些轉(zhuǎn)錄因子形成的多種組合進(jìn)行了篩選。研究人員證實(shí)在轉(zhuǎn)導(dǎo)Gata4, Hnf1α和Foxa3，抑制p19的條件下即可將成纖維細(xì)胞誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化為功能性iHep細(xì)胞。這些iHep細(xì)胞呈典型的上皮樣形態(tài)，表達(dá)肝基因，并顯示肝細(xì)胞功能。在隨后的實(shí)驗(yàn)中，研究人員將這些iHep細(xì)胞移植到延胡索酰乙酰乙酸水解酶（Fah）基因缺陷的小鼠中。對(duì)照組小鼠僅在數(shù)周后全部死亡，而接受iHep細(xì)胞移植的12只小鼠中的5只得以存活下來(lái)。

新研究發(fā)現(xiàn)為研究人員獲得用于肝工程及再生治療的功能性肝細(xì)胞樣細(xì)胞提供了一條新的策略?；堇⊙芯繂T表示在接下來(lái)的研究中他的研究團(tuán)隊(duì)將致力將這一研究成果轉(zhuǎn)化到人類細(xì)胞上。

Nature 475,386－389 (21 July 2011)

徐 星 研究員

中科院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所

1969年出生于新疆。1992年獲北京大學(xué)地質(zhì)學(xué)系古生物與地層學(xué)專業(yè)學(xué)士學(xué)位。1995年獲中國(guó)科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所（IVPP）古脊椎動(dòng)物學(xué)專業(yè)碩士學(xué)位，并留所從事研究工作。2001年在美國(guó)紐約自然博物館從事短期研究工作。2002年獲古脊椎動(dòng)物與古人類研究所古脊椎動(dòng)物學(xué)專業(yè)博士學(xué)位。2003年起任古脊椎動(dòng)物與古人類研究所研究員。

2001年，獲國(guó)家杰出青年基金資助，并入選美國(guó)國(guó)家地理學(xué)會(huì)豐田計(jì)劃，成為全球11位入選科學(xué)家之一。2003年，獲得中科院首屆杰出科技成就獎(jiǎng)（集體，排名第二）。2004年，入選新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人選。2005年，獲得全國(guó)優(yōu)秀博士學(xué)位論文和馬塔切納基金會(huì)授予的馬塔切納青年優(yōu)秀論文獎(jiǎng)。2007年，獲得中科院第九屆杰出青年。2007年，獲得第十屆中國(guó)杰出青年科技獎(jiǎng)，并獲得中科院杰出青年稱號(hào)。

主要從事中生代恐龍化石及相關(guān)地層學(xué)的研究工作，研究工作涉及分類學(xué)、系統(tǒng)學(xué)、形態(tài)功能學(xué)、古動(dòng)物地理學(xué)和骨組織學(xué)等諸多領(lǐng)域。在分類學(xué)方面，已發(fā)現(xiàn)和命名恐龍新屬種達(dá)30余種，包括世界上已知最早的暴龍類、鐮刀龍類、竊蛋類、傷齒龍類、馳龍類以及角龍類的化石，世界上第一個(gè)保存睡眠信息的恐龍標(biāo)本，世界上最小的甲龍標(biāo)本，世界上最小的成年非鳥獸腳類恐龍標(biāo)本，世界上最早的虛骨龍類化石和世界上最早的保存羽毛的非鳥恐龍化石。在暴龍類、鐮刀龍類、竊蛋類、傷齒龍類、馳龍類以及角龍類等許多類群的形態(tài)學(xué)、分類學(xué)、發(fā)育學(xué)、系統(tǒng)學(xué)以及形態(tài)功能學(xué)等方面的工作分別代表這些研究方向近年來(lái)最重要的成果之一。

中國(guó)發(fā)現(xiàn)的類始祖鳥獸腳龍及鳥翼類的起源

始祖鳥于1861年被命名。標(biāo)本發(fā)現(xiàn)于德國(guó)索倫霍芬地區(qū)晚侏羅世時(shí)期沉積的地層中。作為最原始也是最古老的鳥類，始祖鳥從一開(kāi)始發(fā)現(xiàn)就成為了進(jìn)化論研究的標(biāo)志性物種。在過(guò)去的150年中，有關(guān)始祖鳥的研究從沒(méi)間斷，有關(guān)于始祖鳥的飛行能力、生態(tài)行為，甚至一些形態(tài)特征一直存在著爭(zhēng)論，但作為最原始鳥類的地位幾乎沒(méi)有受到質(zhì)疑，一直處在鳥類起源研究的核心位置。

不久前，徐星等人在我國(guó)遼西地區(qū)發(fā)現(xiàn)了大約1.6億年前沉積地層中產(chǎn)出的一件小型恐龍標(biāo)本。研究者們基于這件標(biāo)本命名了“鄭氏曉廷龍”。 鄭氏曉廷龍重約800克，代表迄今發(fā)現(xiàn)的最小的小型獸腳類恐龍之一。它的錐形齒以及長(zhǎng)而粗壯的前肢與原始鳥類極為相似，它特化的足部具有恐爪龍類所有的特化第二趾，它的后肢發(fā)育長(zhǎng)長(zhǎng)的飛羽，呈現(xiàn)出典型的四翼狀態(tài)。研究者發(fā)現(xiàn)，鄭氏曉廷龍代表與生存于德國(guó)侏羅紀(jì)晚期的始祖鳥親緣關(guān)系非常近一種小型獸腳類恐龍。基于近年來(lái)發(fā)現(xiàn)于中國(guó)的大量小型獸腳類恐龍和早期鳥類標(biāo)本上提供的新信息，尤其是來(lái)自鄭氏曉廷龍的新信息，結(jié)合始祖鳥形態(tài)分析，徐星等人對(duì)似鳥恐龍和早期鳥類的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系進(jìn)行了重新分析。分析結(jié)果令人非常意外：他們的研究顯示始祖鳥不屬于鳥類，而是原始的恐爪龍類。恐爪龍類是一類與鳥類親緣關(guān)系很近的恐龍，分布范圍很廣，從侏羅紀(jì)中晚期的亞洲到白堊紀(jì)晚期的南美洲和非洲。

Nature 475, 465－470 (28 July 2011)

圖4. 鄭氏曉廷龍?jiān)谔摴驱堫愔邢到y(tǒng)進(jìn)化位置。

虛骨龍類（Coelurosauria）又名空尾龍類，是群多樣性的獸腳亞目恐龍，包含許多次演化支，例如：暴龍超科、似鳥龍下目、以及手盜龍類（也包含鳥類）。虛骨龍類的范圍為：獸腳亞目中，所有親緣關(guān)系接近鳥類，而離肉食龍下目較遠(yuǎn)的物種。目前的有羽毛恐龍幾乎都屬于虛骨龍類，使許多科學(xué)家認(rèn)為大部分虛骨龍類擁有某種程度的羽毛。

鳥翼類（Avialae）又名初鳥類，美國(guó)Gauthier于1986年建立，用以作為現(xiàn)生鳥類及與其更為接近的所有鳥類的總稱。有不少學(xué)者認(rèn)為，由于始祖鳥被視作原始鳥類已經(jīng)有100余年了，因此最好還是將始祖鳥、現(xiàn)生鳥類以及它們最近的共同祖先都包含在鳥綱之內(nèi)；同時(shí)將新鳥類（Neornithes）定義為現(xiàn)生鳥類類群。后一種觀點(diǎn)將鳥翼類定義為一個(gè)基干類群?jiǎn)卧?，它包括新鳥類以及那些與它們親緣關(guān)系更為接近而與恐爪龍下目關(guān)系更遠(yuǎn)的類群。在這種情況下，鳥翼類與恐爪龍下目構(gòu)成一組基干姐妹群關(guān)系。

章曉中 教授

清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系 清華大學(xué)先進(jìn)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任

1982年1月在復(fù)旦大學(xué)物理專業(yè)（77級(jí)）獲學(xué)士學(xué)位。1984年10月在上海交大固體物理專業(yè)獲碩士學(xué)位。1985年至1989年獲國(guó)家公費(fèi)獎(jiǎng)學(xué)金在牛津大學(xué)材料系攻讀博士學(xué)位。1989年獲牛津大學(xué)博士學(xué)位。1989年至1992年，在英國(guó)皇家研究院任博士后研究員。1992年至1999年，在新加坡國(guó)立大學(xué)物理系做教師，歷任研究員、講師、高級(jí)講師。1999年8月回國(guó)后被聘為清華大學(xué)材料科學(xué)與工程系的外籍教授、博導(dǎo)。1999年至2006年，擔(dān)任清華大學(xué)電子顯微鏡實(shí)驗(yàn)室主任，清華大學(xué)材料院中心實(shí)驗(yàn)室副主任。目前擔(dān)任先進(jìn)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、全國(guó)納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)副主任委員、中國(guó)分析測(cè)試協(xié)會(huì)咨詢委員會(huì)委員、全國(guó)微束分析標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)顧問(wèn)。

主要在自旋電子學(xué)材料與器件、多鐵性材料、碳材料、太陽(yáng)能電池材料領(lǐng)域進(jìn)行研究。

硅的低場(chǎng)磁電阻的幾何增強(qiáng)

磁傳感器是一種可以將各種磁場(chǎng)及其變化的量轉(zhuǎn)變成電信號(hào)輸出的裝置，廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的方方面面，如探測(cè)、采集、存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)換、復(fù)現(xiàn)和監(jiān)控各種磁場(chǎng)和磁場(chǎng)中承載的各種信息，世界上用的最多的磁傳感器就是計(jì)算機(jī)用的讀出磁頭。可以說(shuō)，它已經(jīng)成為信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)中不可缺少的基礎(chǔ)原件。隨著信息產(chǎn)業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化、交通運(yùn)輸、電力電子技術(shù)、家用電器等的智能化和進(jìn)一步發(fā)展，磁傳感器的應(yīng)用有著無(wú)限的空間。以前磁傳感器一直用磁性材料和稀土材料制作，由于近年來(lái)稀土價(jià)格暴漲，研究人員一直在尋找便宜的替代材料。

早些時(shí)候，人們?cè)谝恍┓谴判园雽?dǎo)體中發(fā)現(xiàn)了由非均勻性導(dǎo)致的異常巨大的磁電阻效應(yīng)（IMR）和線性的磁場(chǎng)依賴關(guān)系，因而激起了人們極大的研究興趣。理論研究認(rèn)為材料中載流子遷移率的波動(dòng)導(dǎo)致了IMR。法國(guó)科學(xué)家艾爾伯·費(fèi)爾和德國(guó)科學(xué)家皮特·克魯伯格就因發(fā)現(xiàn)巨磁電阻效應(yīng)而獲得2007年度諾貝爾物理獎(jiǎng)。

章曉中研究組的研究表明在摻雜濃度極低的硅中，可通過(guò)少數(shù)載流子注入的方式引入遷移率的空間非均勻性，從而增強(qiáng)IMR效應(yīng)。經(jīng)由少子注入，施加一定的電流，可以在硅中產(chǎn)生了一個(gè)少子區(qū)和多子區(qū)的邊界（一個(gè)動(dòng)態(tài)的p-n結(jié)）。在這個(gè)邊界附近，載流子遷移率的波動(dòng)被放大，因此磁電阻也得到了極大的增強(qiáng)。利用這一原理，章曉中教授研究組設(shè)計(jì)了一種硅基IMR的原型器件(圖1(a))。通過(guò)調(diào)控器件的幾何結(jié)構(gòu)，這種器件的室溫磁場(chǎng)靈敏度顯著增強(qiáng)，在0.07特斯拉和0.2特斯拉下分別實(shí)現(xiàn)了10%和100%的磁電阻（圖1(b)和(c)），接近了商用巨磁阻(GMR)器件的水平。隨著器件的微型化和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，器件性能還能繼續(xù)提升。

這種兼具低場(chǎng)靈敏度和巨磁電阻效應(yīng)的硅基IMR器件可以覆蓋從0.05特斯拉到至少數(shù)特斯拉的磁場(chǎng)范圍，因而對(duì)磁傳感器工業(yè)具有非常大的吸引力。特別是考慮到該器件是基于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體硅材料，因而這種器件還可以很方便地集成到傳統(tǒng)的硅基微電子工業(yè)中，從而推動(dòng)傳統(tǒng)金屬基磁電子學(xué)向半導(dǎo)體基磁電子學(xué)特別是向硅基磁電子學(xué)的升級(jí)。目前磁傳感器/讀出磁頭由磁性金屬材料制造，邏輯控制部件由硅制造，今后采用硅基磁電阻器件，傳感器和控制部分可以集成在同一個(gè)硅片上。更進(jìn)一步，考慮到硅是目前制備太陽(yáng)能電池的主流材料，還可以在同一硅片上制備一個(gè)太陽(yáng)能電池，從而制備出不用外接電源的自驅(qū)動(dòng)磁傳感器。硅基IMR器件的發(fā)明將對(duì)目前的磁傳感器和磁存儲(chǔ)工業(yè)帶來(lái)革命性的變化。

Nature 477, 304－307 (15 September 2011)

圖5. 硅基IMR器件的結(jié)構(gòu)和它的磁阻與幾何結(jié)構(gòu)W/L的關(guān)系（a）; 強(qiáng)磁場(chǎng)(b)和低磁場(chǎng)(c)下硅樣品的電阻與磁場(chǎng)的依賴關(guān)。

邵 峰 高級(jí)研究員

北京生命科學(xué)研究所

1996年，畢業(yè)于北京大學(xué)技術(shù)物理系獲應(yīng)用化學(xué)專業(yè)學(xué)士。1999年獲中國(guó)科學(xué)院生物物理所分子生物學(xué)碩士。2003年獲美國(guó)密西根大學(xué)醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)博士。2003年至2004年，美國(guó)加洲大學(xué)圣地亞哥分校醫(yī)學(xué)院博士后。2004年至2005年，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院博士后。2005年至2009年，北京生命科學(xué)研究所研究員。2009年至今，北京生命科學(xué)研究所高級(jí)研究員。

研究興趣集中在病原細(xì)菌感染宿主和宿主先天性免疫防御的分子機(jī)制。對(duì)于細(xì)菌感染來(lái)說(shuō)，通過(guò)特殊的分泌系統(tǒng)向宿主細(xì)胞中注入毒素效應(yīng)蛋白是病原細(xì)菌普遍采用的重要致病機(jī)制。這些效應(yīng)蛋白往往以非常有效的方式作用于宿主信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中的關(guān)鍵分子，使其發(fā)生功能紊亂。效應(yīng)蛋白的作用有利于細(xì)菌在宿主中的生存和進(jìn)一步感染。我們的研究以多種臨床上常見(jiàn)的病原菌（Shigella, Salmonella, Enteropathogenic E. coli, Legionella 以及Burkholderia）為模式，著眼于發(fā)現(xiàn)并揭示效應(yīng)蛋白在抑制真核細(xì)胞重要信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的一些新的、較為普遍的生物化學(xué)機(jī)制。

NLRC4炎性受體由鞭毛蛋白分子和三型分泌系統(tǒng)組裝

革蘭氏陰性致病菌的鞭毛系統(tǒng)和三型分泌系統(tǒng)都是具有通道結(jié)構(gòu)的分子轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，且在進(jìn)化上有相關(guān)性。前者的主要功能是負(fù)責(zé)細(xì)菌的運(yùn)動(dòng)。而后者通過(guò)向宿主細(xì)胞內(nèi)分泌毒力效應(yīng)蛋白，從而干擾或阻斷宿主中重要的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，是細(xì)菌致病的重要機(jī)制。同時(shí)，宿主的免疫系統(tǒng)也已發(fā)育出多個(gè)層次的防御機(jī)制；主要分為先天性免疫和獲得性免疫。巨噬細(xì)胞作為先天性免疫的重要組成部分在識(shí)別和感受來(lái)自病原菌的分子、進(jìn)而拮抗和清除病原菌感染中發(fā)揮著重要作用。

炎癥小體（inflammasome）是繼Toll樣受體介導(dǎo)的先天性免疫反應(yīng)信號(hào)通路后、最近幾年剛剛發(fā)現(xiàn)的又一個(gè)主要存在于巨噬細(xì)胞中的重要免疫感受和激活的信號(hào)通路。炎癥小體被認(rèn)為是由一類存在于細(xì)胞內(nèi)的NOD樣受體分子介導(dǎo)組裝。炎癥小體在感受到來(lái)自病原菌的信號(hào)分子后，通過(guò)激活炎癥性caspase-1，進(jìn)而導(dǎo)致白介素（IL-1β和IL-18）等炎癥因子的成熟和分泌以及一種稱為“pyrotosis”的特殊細(xì)胞死亡的發(fā)生。炎癥小體的激活為機(jī)體提供對(duì)致病菌的抵御作用。此前的研究?jī)H僅知道個(gè)別NOD樣受體分子（比如NLRC4）對(duì)于感受特定的病原菌分子（如鞭毛蛋白分子）是必不可少的，但還未有任何NOD樣分子被證明為具有受體的功能，在激活炎癥小體信號(hào)通路中起作用。

邵峰研究員領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一類叫做NAIP的、具有BIR結(jié)構(gòu)域的新型NOD樣受體分子，并首次證實(shí)了這類分子具有受體的功能，可以直接識(shí)別和結(jié)合來(lái)自病原菌的不同配體分子。小鼠的基因組編碼7個(gè)NAIP家族的蛋白分子，其中4個(gè)（NAIP1, NAIP2,NAIP5和NAIP6）在通常使用的實(shí)驗(yàn)小鼠品系有表達(dá)。該文章通過(guò)大量的生物化學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的實(shí)驗(yàn)證明了NAIP5以及和NAIP5最為相似的NAIP6能夠特異性識(shí)別并直接結(jié)合病原菌的鞭毛蛋白分子，從而通過(guò)和NLRC4發(fā)生進(jìn)一步相互作用進(jìn)而激活Caspase-1和炎癥小體介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞先天性免疫反應(yīng)。利用噬肺軍團(tuán)菌以及沙門氏菌的遺傳敲除和感染的實(shí)驗(yàn)，他們也證明了NAIP5在巨噬細(xì)胞感受鞭毛蛋白分子進(jìn)而激活caspase-1炎癥信號(hào)通路中必不可少的作用。

邵峰小組還發(fā)現(xiàn)NAIP2具有和NAIP5類似的，作為受體分子介導(dǎo)NLRC4炎癥小體組裝和激活的功能，但NAIP2并不識(shí)別鞭毛蛋白，而是特異性識(shí)別三型分泌系統(tǒng)的基座組成蛋白分子(rod component)，進(jìn)而和NLRC4組裝成活性的炎癥小體。這種由NAIP2介導(dǎo)的炎癥小體的激活在巨噬細(xì)胞感受和拮抗腸致病大腸桿菌和沙門氏菌的感染中起到重要的作用。與小鼠不同的是，人的基因組只編碼一個(gè)NAIP家族分子（hNAIP）。他們發(fā)現(xiàn)人源的巨噬細(xì)胞對(duì)鞭毛蛋白和三型分泌系統(tǒng)的基座蛋白分子都沒(méi)有響應(yīng)，卻對(duì)一種叫做紫花色桿菌（Chromobacterium violaceum）的病原菌感染有很強(qiáng)的反應(yīng)，進(jìn)一步通過(guò)對(duì)紫花色桿菌的遺傳敲除分析，邵峰小組的研究人員發(fā)現(xiàn)紫花色桿菌引起的炎癥小體的激活是由于人的hNAIP也可以作為受體分子特異性識(shí)別三型分泌系統(tǒng)的另外一個(gè)用于形成通道的“Needle”蛋白分子。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，和基座蛋白分子一樣，很多來(lái)自不同病原菌的三型分泌系統(tǒng)的“Needle”蛋白分子都具有刺激炎癥小體介導(dǎo)的先天性免疫反應(yīng)的活性。這項(xiàng)研究首次確立了小鼠的NAIP5分子是感受和識(shí)別病原菌鞭毛蛋白分子的胞內(nèi)免疫受體，同時(shí)也確立了整個(gè)NAIP家族的NOD樣蛋白分子是一類普遍的可以感受不同病原菌分子、進(jìn)而激活由NLRC4介導(dǎo)的炎癥小體的受體分子。另外，這項(xiàng)研究工作也明確提出了病原菌三型分泌系統(tǒng)本身也是一類會(huì)被宿主免疫系統(tǒng)感受的病原菌模式分子（pathogen-associated molecular patterns, PAMP），不同的三型分泌系統(tǒng)組成分子分別由不同的NAIP家族受體分子所識(shí)別。該研究成果也預(yù)示其它的NAIP家族成員很可能是識(shí)別其它類似病原菌分子的炎癥小體受體分子。整個(gè)研究工作對(duì)深入理解和揭示炎癥小體介導(dǎo)的先天性免疫信號(hào)通路的機(jī)制有著重要的指導(dǎo)意義和極大的推動(dòng)作用。

Nature 477,596－600 (29 September 2011)

徐國(guó)良 研究員

中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所

1985年畢業(yè)于杭州大學(xué)（現(xiàn)浙江大學(xué))生物系獲學(xué)士。1989年獲中國(guó)科學(xué)院遺傳所碩士學(xué)位。1993年獲德國(guó)馬普分子遺傳學(xué)研究所博士學(xué)位。1993年1994年，德國(guó)馬普分子遺傳學(xué)研究所博士后。1994年至1995年，新加坡國(guó)立大學(xué)生命科學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室主任。1995年至2000年，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)遺傳發(fā)育系博士后。2000年至2001年，美國(guó)哥倫比亞大學(xué)醫(yī)學(xué)系，博士后。2001年至2006年，任中國(guó)科學(xué)院與德國(guó)馬普學(xué)會(huì)國(guó)際合作青年科學(xué)家小組組長(zhǎng)。2002年入選中科院“百人計(jì)劃”，并獲得“國(guó)家杰出青年科學(xué)基金”。

主要從事動(dòng)物發(fā)育(包括胚胎與成體干細(xì)胞分化)過(guò)程中DNA甲基化及組蛋白修飾在基因表達(dá)調(diào)控中的作用及其分子機(jī)理的研究。多細(xì)胞生物的個(gè)體發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜而奇妙的過(guò)程，從最原始的一個(gè)受精卵細(xì)胞發(fā)育成由不同細(xì)胞類型組成的個(gè)體，細(xì)胞的多樣性在時(shí)間與空間上被體現(xiàn)出來(lái)。而這些不同細(xì)胞類型的大部分基因序列并沒(méi)有改變，那么各種基因是如何實(shí)現(xiàn)時(shí)間空間上的表達(dá)調(diào)控等問(wèn)題成為了后基因組學(xué)時(shí)代重大的科學(xué)研究問(wèn)題。以染色質(zhì)共價(jià)修飾為主要標(biāo)志的表觀遺傳學(xué)(epigenetics)，基于其不改變基因序列而引起可遺傳的基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控理論，為解決這一科學(xué)問(wèn)題提供了一個(gè)新的研究方向。

越來(lái)越多的研究顯示，包括腫瘤與神經(jīng)退行性疾病在內(nèi)的所有人類疾病，都是遺傳和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，其中環(huán)境因素的作用占有非常重要的地位。表觀遺傳網(wǎng)絡(luò)作為整合細(xì)胞內(nèi)外環(huán)境因素與基因組遺傳信息的媒介，直接調(diào)控基因表達(dá)，決定細(xì)胞增殖、分化與功能特化，在正常的生命活動(dòng)中起到不可或缺的作用。表觀遺傳學(xué)研究因其作用廣泛、影響深遠(yuǎn)，已經(jīng)引起了越來(lái)越多的重視并成為目前生命科學(xué)研究中炙手可熱的領(lǐng)域。

采用生物化學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)（包括基因組學(xué)）相互依托的實(shí)驗(yàn)手段致力于探索：DNA甲基化譜式是如何在胚胎發(fā)育早期建立起來(lái)的？是否存在新的堿基修飾形式？胚胎干細(xì)胞與成體干細(xì)胞自我更新與分化是如何達(dá)到平衡的？哪些因素導(dǎo)致了 這一平衡的改變而導(dǎo)致腫瘤和疾病發(fā)生？對(duì)表觀遺傳信息調(diào)控的研究將有助于了解生長(zhǎng)發(fā)育與疾病發(fā)生發(fā)展的分子機(jī)理，為維護(hù)人類健康尤其是再生醫(yī)學(xué)的技術(shù)開(kāi)發(fā)提供理論依據(jù)。

Tet3 DNA雙加氧酶在卵細(xì)胞重編程中的作用

受精是精子和卵細(xì)胞融合為一個(gè)合子（受精卵）的過(guò)程，是動(dòng)物個(gè)體發(fā)育的起點(diǎn)。然而，受精并不是簡(jiǎn)單的精卵結(jié)合。為了形成一個(gè)具有發(fā)育全能性的早期胚胎，卵細(xì)胞需要對(duì)來(lái)源于精子的父本基因組進(jìn)行一系列的重編程（reprogramming），其中最為重要的一項(xiàng)就是基因組DNA的去甲基化。這種在合子中，父本基因組上的特異去甲基化為何發(fā)生以及怎么發(fā)生，一直是表觀遺傳學(xué)領(lǐng)域重要的有待解釋的問(wèn)題之一。

徐國(guó)良研究員領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，卵細(xì)胞來(lái)源的母源因子Tet3加氧酶負(fù)責(zé)父本基因組DNA胞嘧啶甲基的氧化修飾，從而啟動(dòng)DNA的去甲基化，進(jìn)一步激活Oct4和Nanog等全能性基因的表達(dá)。卵細(xì)胞內(nèi)特異性敲除Tet3的母鼠生育力顯著下降，其大部分胚胎在著床后發(fā)生退化，被母體吸收。此外，Tet3在動(dòng)物克隆過(guò)程中對(duì)移入卵細(xì)胞的供體細(xì)胞DNA的重編程也發(fā)揮著重要的作用。這一發(fā)現(xiàn)提示，動(dòng)物克隆和自然受精過(guò)程很可能采用了同樣的重編程機(jī)制。該研究成果使人們對(duì)早期胚胎發(fā)育中的重編程過(guò)程有了更清晰的認(rèn)識(shí)，也為提高動(dòng)物克隆效率帶來(lái)了新的理論依據(jù)，有可能在分子機(jī)制上為不孕不育癥提供新的詮釋。

Nature 477,606－610 (29 September 2011)

圖6. Tet3缺乏會(huì)影響胚胎發(fā)育。

王 俊 教授

深圳華大基因研究院

1977年生。1997年畢業(yè)于北京大學(xué)。2002年獲得北京大學(xué)生物信息學(xué)博士學(xué)位。1999年至今從事基因組學(xué)，生物信息學(xué)研究，組織實(shí)施了家蠶、家雞、家豬、水稻、炎黃等多個(gè)重大基因組計(jì)劃，在基因組組裝，基因注釋，比較基因組，基因進(jìn)化，表達(dá)分析等方面取得多項(xiàng)研究成果。2008年獲國(guó)家杰出青年基金，先后獲得“中國(guó)科學(xué)院杰出科技成就獎(jiǎng)”、“中丹合作科學(xué)獎(jiǎng)”，“新世紀(jì)百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人選”、“中國(guó)科學(xué)院重大創(chuàng)新貢獻(xiàn)獎(jiǎng)”等多項(xiàng)榮譽(yù)?，F(xiàn)任華大基因執(zhí)行總裁、深圳華大基因研究院常務(wù)副院長(zhǎng)，丹麥奧胡斯大學(xué)人類遺傳學(xué)研究所/南丹麥大學(xué)人類遺傳學(xué)生化及分子生物學(xué)系、北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院客座教授。

張國(guó)捷 博士

深圳華大基因研究院科學(xué)系副主管

深圳華大基因研究院比較基因組學(xué)與演化生物學(xué)中心主管

2004年畢業(yè)于廈門大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院。2005年考入中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所中德馬普進(jìn)化基因組學(xué)小組進(jìn)行研究生學(xué)習(xí)。

主要從事生物信息學(xué)方向相關(guān)課題的研究，借助生物信息學(xué)手段對(duì)基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,希望在基因組水平上了解生物進(jìn)化過(guò)程中其結(jié)構(gòu)與功能單元產(chǎn)生的機(jī)制及選擇的作用。

基因組分析揭示裸鼴鼠長(zhǎng)壽的生理機(jī)制

由韓國(guó)梨花女子大學(xué)和華大基因共同主導(dǎo)完成的裸鼴鼠基因組公布。該研究首次從基因組、轉(zhuǎn)錄組水平上對(duì)裸鼴鼠奇特的生物學(xué)特性進(jìn)行了詮釋，不僅有助于科學(xué)家們更加清楚地闡明裸鼴鼠能在黑暗、低氧等惡劣環(huán)境中生存并且能夠保持長(zhǎng)壽和抗癌的生理機(jī)理，同時(shí)對(duì)促進(jìn)其他生物學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究也具有十分重要的意義。

裸鼴鼠是一種分布于東非部分地區(qū)的挖掘類嚙齒目動(dòng)物，也是目前僅有的兩種真社會(huì)性哺乳動(dòng)物之一（另一種是達(dá)馬拉蘭鼴鼠）。它們居住在地下洞穴，全身無(wú)毛，牙齒外突，狀如香腸，是世界上最丑陋的動(dòng)物之一。由于它們終生生活在黑暗的地下，眼睛高度退化，幾乎完全喪失了視覺(jué)，僅依靠身體兩側(cè)的觸須來(lái)辨認(rèn)方向。裸鼴鼠雖屬哺乳動(dòng)物，但是它們卻像冷血?jiǎng)游镆粯?，通過(guò)與環(huán)境的熱交換來(lái)調(diào)節(jié)體溫，這種現(xiàn)象在哺乳類動(dòng)物中實(shí)屬罕見(jiàn)。科研人員采用新一代測(cè)序技術(shù)對(duì)一只雄性裸鼴鼠進(jìn)行測(cè)序、組裝和注釋，判斷出裸鼴鼠的基因組大小約為2.6Gb，并預(yù)測(cè)其含有22,561個(gè)基因。通過(guò)研究分析發(fā)現(xiàn)，裸鼴鼠和大鼠、小鼠的祖先約在7300萬(wàn)年前分化，其基因組有93%的區(qū)域與人或大鼠、小鼠保持較好的共線性關(guān)系。同時(shí)，研究人員利用比較轉(zhuǎn)錄組的方法，研究了不同年齡之間、暴露在不同氧氣濃度下的裸鼴鼠的轉(zhuǎn)錄表達(dá)差異，鑒定出一批可能與衰老、低氧適應(yīng)有關(guān)的基因。

研究人員發(fā)現(xiàn)，TERT等衰老調(diào)控基因的穩(wěn)定表達(dá)，可能與裸鼴鼠的長(zhǎng)壽相關(guān)；p16Ink4a與p19Arf的獨(dú)特調(diào)控機(jī)制可能是裸鼴鼠抗癌的重要因素；HIF1a和VHL的特異突變可能是裸鼴鼠具有低氧耐受性的原因之一。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)在裸鼴鼠基因組中有200多個(gè)基因發(fā)生了功能缺失，其中有10多個(gè)基因與視覺(jué)相關(guān)，這可能與裸鼴鼠視力的退化有重要關(guān)系。這些基因的缺失為研究人員從分子水平上深入探討裸鼴鼠視力退化、體溫調(diào)節(jié)發(fā)生障礙、無(wú)疼痛感、無(wú)毛等奇特生物適應(yīng)性退化研究奠定了堅(jiān)實(shí)的科研基礎(chǔ)。

Nature 479,223－227 (10 November 2011)

圖7. UPC1基因序列獨(dú)特變化及其在體溫調(diào)節(jié)中的作用。