Nature

時間晶體

Nature封面：時間晶體的藝術想象圖。Nature雜志第7644期封面文章報導了時間晶體的存在證據(jù)。與普通晶體一樣，時間晶體的結構高度有序，但普通晶體的周期性來源于空間元素的規(guī)律重復，而時間晶體則是一種同一結構在時間上重復的奇異物質(zhì)態(tài)。研究者幾年前預言了時間晶體的存在。現(xiàn)在，兩支團隊為這種難以捉摸的物質(zhì)形式提供了實驗觀測證據(jù)。Mikhail Lukin等以金剛石氮-空位系統(tǒng)為實驗平臺，制備出了一種離散時間晶體。在另一論文中，張頡頏等利用囚禁離子實現(xiàn)了類似的結果。這樣的時間晶體或許能應用于構建穩(wěn)健的量子內(nèi)存。

大堡礁珊瑚白化

Nature封面：2016年拍攝的大堡礁北部的白化珊瑚。Nature雜志第7645期封面文章報道了大堡礁珊瑚白化的研究進展。Terry Hughes及同事發(fā)現(xiàn)，在過去20年中，多重白化事件的累計范圍已經(jīng)擴大到了幾乎整個大堡礁。2016年的白化事件是最嚴重的，影響了91%的珊瑚礁?？茖W家使用航空測量數(shù)據(jù)、水下測量數(shù)據(jù)和衛(wèi)星測量的海面溫度數(shù)據(jù)，評估了反復大規(guī)模白化事件地理范圍的變化。研究展示了氣候變化對大堡礁的巨大影響。文章作者們呼吁全球各國立即采取行動，以保障珊瑚礁的未來。

恐龍關系新假說

Nature封面：鳥臀目恐龍庫琳達奔龍（Kulindadromeus）抬頭仰望始祖鳥科非對稱飛羽的藝術想象圖。Nature雜志第7646期封面文章報道了恐龍分類的研究。這種羽毛被認為只存在于獸腳亞目恐龍中，但是，如果Matthew Baron及同事提出的恐龍關系假說被證實，那么就需要改變這種認知。Matthew Baron他們提出需要重新調(diào)整已被廣泛接受的恐龍分類方法——蜥臀目和鳥臀目，將早期鳥臀目恐龍納入考慮范圍，并提出蜥腳下目恐龍應與早期的肉食性艾雷拉龍歸為一類，而鳥臀目恐龍應與獸腳亞目恐龍歸為一類。

Lgr5+細胞在結腸癌中的作用

Nature封面：腫瘤干細胞通過血液轉(zhuǎn)移的藝術想象圖。Nature雜志第7647期封面文章聚焦Lgr5+腫瘤干細胞。人們認為腫瘤干細胞是腫瘤生長和轉(zhuǎn)移擴散背后的驅(qū)動力，但在許多類型的癌癥中都還沒有找到證據(jù)。研究發(fā)現(xiàn)在結腸癌中，可塑性使得Lgr5+腫瘤干細胞在原發(fā)性腫瘤細胞生長中不再必要。通過去除Lgr5+干細胞之后，并沒有觀察到預期中的退化現(xiàn)象：相反，Lgr5-細胞維持了腫瘤生長。然而，團隊發(fā)現(xiàn)腫瘤細胞在肝臟中的轉(zhuǎn)移擴散和生長受到了很大限制，表明Lgr5+腫瘤干細胞對這一過程是不可或缺的，或許是應對癌癥轉(zhuǎn)移的一個靶點。

Science

癌癥前沿療法

Science封面：癌癥前沿療法。Science雜志第6330期推出癌癥特刊，介紹了目前處于前沿的癌癥療法。近十多年來，人類對于癌癥的復雜性有了進一步的了解。不同患者之間、原發(fā)或轉(zhuǎn)移性腫瘤之間、甚至是不同區(qū)域的同一種腫瘤之間，在遺傳上都存在著大量不一致。這種腫瘤的異質(zhì)性能夠解釋為何藥物的作用因人而異，也能夠解釋患者為何會出現(xiàn)耐藥性的復發(fā)。癌癥的復雜性為研究人員們提出了嚴峻的挑戰(zhàn)，但它也不斷推動著癌癥療法的進展。針對重要的“可藥靶”（undruggable，尚無藥物可及）蛋白質(zhì)的研究也進一步提速。

DNA-蛋白質(zhì)雜合體

Science封面：DNA-蛋白質(zhì)雜合體。Science雜志第6331期封面文章報道了基因編碼DNA-蛋白質(zhì)復合結構的自組裝?；谵D(zhuǎn)錄因子的定制蛋白“訂書釘”（custom protein staple）能將雙鏈DNA折疊成想要的結構，它們能識別和連接雙鏈DNA模板序列中的特定位置。本期研究論文呈現(xiàn)了建造兆道爾頓級別DNA-蛋白質(zhì)復合物的方法，這是一種單步驟DNA-蛋白質(zhì)納米復合物自組裝的方法。Praetorius 和Dietz將這種新的納米結構被命名為“DNA-protein hybrid shapes”。此類研究提供了新的生物兼容性的設計方法。

深層土壤有機碳對溫度敏感

Science封面：溫敏的土層。Science雜志第6332期封面文章報導了Hicks Pries等四位女科學家對深層土壤有機碳的溫度敏感研究。深層土壤有機碳（SOC，soil organic carbon）對溫度的敏感性比人們之前的假設要敏感的多；不同土層土壤對溫度的敏感性相似。之前的研究認為表層土對溫度的敏感性高于深層土。從土壤中釋放出來二氧化碳的40%來自于15厘米以下的土壤；增溫的樣方土壤釋放的總的二氧化碳比對照高34-37%。考慮到未來氣候變暖對深層土壤和表層土壤的加熱作用相當，因此，人們可能嚴重低估了土壤有機碳對大氣二氧化碳的貢獻。

尼日利亞的隱形危機

Science封面：尼日利亞博爾諾州首府邁杜古里（Maiduguri）正在接受治療的營養(yǎng)不良兒童。Science雜志第6333期封面文章報道了遭受Boko Haram組織暴力沖突下的尼日利亞人面臨的人道主義困境。在非洲大陸，尼日利亞東北部，成千上萬的人們正在遭遇人道主義危機，面臨疾病和饑餓的威脅。八百多萬人急需援助，五百一十萬人嚴重營養(yǎng)不良，而且當中大多是兒童。極度貧困的營房應對不了流感的來襲。食物、飲用水、衛(wèi)生系統(tǒng)都亟待改善。瘧疾、麻疹、脊髓灰質(zhì)炎等傳染病卷土重來。人道主義援助正在進行中！

化學化工

含碳資源到無碳能源的高效溫和轉(zhuǎn)化

中科院山西煤炭化學研究所煤轉(zhuǎn)化國家重點實驗室溫曉東課題組與北京大學化學與分子工程學院馬丁、中國科學院大學周武，大連理工大學石川等合作，針對甲醇和水液相制氫反應的特點，從實驗設計出發(fā)，結合理論計算開發(fā)出新型原子級分散的鉑-碳化鉬雙功能催化劑，實現(xiàn)了在低溫下（150～190 攝氏度）高效的產(chǎn)氫效率；研究論文發(fā)表于《自然》。原子級高度分散的Pt中心和碳化鉬基底之間的協(xié)同作用能夠在兩者界面實現(xiàn)對反應中間體的高效活化和協(xié)同轉(zhuǎn)化，從而使得整個催化劑在甲醇和水液相反應中表現(xiàn)出超高的產(chǎn)氫活性，較傳統(tǒng)鉑基催化劑活性提升了近兩個數(shù)量級。

高濕煙氣中水及潛熱回收

中科院工程熱物理研究所能源與動力研究中心提出了利用開式循環(huán)吸收式熱泵回收高濕煙氣中的水及潛熱的技術路線。該系統(tǒng)將液體除濕和余熱回收利用結合起來，提高了煙氣露點，可實現(xiàn)潛熱和水的同時高效回收，相關系列文章發(fā)表于《脫鹽》、化工學報》、《太陽能學報》。燃氣鍋爐和空氣濕化燃氣輪機循環(huán)排煙中的蒸汽體積含量可達20%，汽化潛熱相當于天然氣低位發(fā)熱量的10%左右，直接排放會造成能源和水的浪費。研究獲得了高濕煙氣下水平管外降膜吸收過程中氣液兩相局部瞬態(tài)的流動、傳熱和傳質(zhì)耦合規(guī)律；提出了適于濕煙氣水平管外降膜吸收器設計參數(shù)和操作條件的匹配選擇方法以及優(yōu)化方案。

室溫光照下二氧化碳催化轉(zhuǎn)化

合肥工業(yè)大學化學與化工學院潘云翔教授課題組，與中國科學技術大學、美國德克薩斯大學奧斯汀分校科研人員合作，通過在氧化銦表面包覆厚度為5納米的碳層，成功研制出一種性能優(yōu)越的新型二氧化碳轉(zhuǎn)化光催化劑，為控制二氧化碳排放提供了新的研究方向和技術方法。研究成果發(fā)表于《美國化學會會志》。該研究使二氧化碳催化轉(zhuǎn)化可以直接在室溫下通過光照進行，不需要再進行高溫加熱。光催化轉(zhuǎn)化的產(chǎn)物選擇性更明確，可以根據(jù)需要選擇直接轉(zhuǎn)化為純度較高的一氧化碳、甲烷或甲醇等高附加值化學品，直接加以利用。

烯烴分子間不對稱溴-三氟甲氧基化反應

南開大學化學學院教授湯平平課題組闡述了利用三氟甲基芳基磺酸酯作為新的三氟甲氧基化試劑，在銀催化下實現(xiàn)了烯烴的分子間不對稱溴-三氟甲氧基化反應，相關論文發(fā)表于《自然-化學》。研究利用Togni試劑和芳基磺酸順利制備了三氟甲基芳基磺酸酯，并將其作為新的三氟甲氧基化試劑，在銀催化下原位產(chǎn)生三氟甲氧基銀，實現(xiàn)了烯烴的分子間不對稱溴-三氟甲氧基化反應。以4-氟苯乙烯為底物，在最佳反應條件下能以較高的收率和選擇性得到期望的溴-三氟甲氧基化反應產(chǎn)物；并在復雜底物上對該三氟甲氧基化反應進行了驗證，如金雞納堿、紫杉醇衍生物等復雜體系中的雙鍵也能在標準條件下得到反應產(chǎn)物。

鑭系元素成功分離

中科院寧波材料技術與工程研究所特種纖維與核能材料工程實驗室都時禹研究員、蘇州大學放射醫(yī)學及交叉學科研究院王殳凹教授與國內(nèi)外科學家合作，在熔融硼酸鹽反應中發(fā)現(xiàn)了三價鑭系元素硼酸鹽產(chǎn)物結構與性質(zhì)差異最大化的反應條件及周期性變化；利用多聚硼酸鹽的識別能力，在同等反應條件下將鑭系元素分為六個不同的晶格系統(tǒng)。研究論文發(fā)表于《自然-通訊》。鑭系元素大家族的15個成員各具特異的光、電、磁和催化等物理和化學性能，鑭系元素在溶液和固體中均呈現(xiàn)穩(wěn)定的相似化學性質(zhì)，主要區(qū)別在于內(nèi)層的4f電子數(shù)目的不同，并且鑭系收縮導致相鄰元素之間平均離子半徑相差只有0.01埃米（納米的十分之一）。

納米金屬中發(fā)現(xiàn)晶界穩(wěn)定性控制的硬化和軟化行為

中科院金屬研究所沈陽材料科學國家（聯(lián)合）實驗室盧柯研究組與國內(nèi)外科學家合作，發(fā)現(xiàn)通過適當合金元素的晶界偏聚可以提高晶界穩(wěn)定性，從而可以大幅度調(diào)控納米金屬的強度；相關論文發(fā)表于《科學》。金屬材料的強度或硬度往往隨晶粒尺寸減小而增加，遵循基于位錯塞積變形機制的Hall-Petch關系，即強度的增加與晶粒尺寸的平方根成反比。而當晶粒尺寸低于某臨界晶粒尺寸（通常為10-30納米）時，金屬的強度會偏離Hall-Petch關系，有些金屬的強度不再升高甚至下降，這種納米尺度下的軟化常歸因于納米金屬中大量晶界的遷移。晶粒尺寸相同的納米材料，其硬度可以通過調(diào)控晶界穩(wěn)定性而大幅度地變化。

貴金屬納米結構表面等離激元研究

中科院合肥物質(zhì)科學研究院固體物理研究所張俊喜副研究員與中科大光學與光學工程系、英國Aston大學光子技術研究所（AIPT）、澳大利亞國立大學非線性物理中心等單位科研人員合作，在貴金屬納米結構表面等離激元研究中取得進展，研究論文發(fā)表于《先進光學材料》。實現(xiàn)光與物質(zhì)之間強的相互作用在設計光子器件上有重要意義，構筑共振腔體是實現(xiàn)光與物質(zhì)強相互作用的重要途徑。通過發(fā)展氧化鋁模板電沉積技術控制制備金納米管陣列超材料，控制納米管長度，實現(xiàn)對表面等離激元諧波模式數(shù)量和諧波階（奇數(shù)和偶數(shù)階）以及不同階諧波模式峰位的調(diào)控。

新型紅外熒光染料

華東理工大學藥學院錢旭紅院士團隊楊有軍課題組通過對氧雜蒽染料母核進行理性結構衍生，設計并合成了一個最大吸收波長大于800納米的新型染料母核，二苯并碳羅丹明，并進一步通過增加該母核周圍空間位阻，成功開發(fā)具有高穩(wěn)定性、溶解性的紅外熒光染料，并將其命名為ECX系列染料。相關研究成果日前發(fā)表于《德國應用化學》。ECX染料分子之間不相互聚集，因此具有很好的分散性，并且其光譜性質(zhì)幾乎不隨溶劑改變而改變（低溶劑化變色效應）。這些性質(zhì)使得EC系列染料在材料領域具有較大的應用潛力。EC系列染料在920納米處有較強的熒光發(fā)射，將在生物醫(yī)學影像及診療中具有顯著的應用前景。

遺傳發(fā)育

扇貝發(fā)育演化

中科院海洋研究所劉保忠組與國內(nèi)外科學家合作開展扇貝發(fā)育演化研究，相關論文發(fā)表于《自然-生態(tài)學與進化》。研究解析了重要的雙殼貝類蝦夷扇貝的全基因組序列，發(fā)現(xiàn)在超過3億年的演化過程中扇貝基因組變化緩慢，其全部19對染色體的結構與預測的現(xiàn)有多數(shù)動物共同祖先的17對染色體保持了驚人的一致性，這種保守性遠超過了其它已知基因組信息的動物。通過對Hox基因的分析，提出了關于Hox基因表達的新概念：分段共線性（subcluster temporal co-linearity， STC）。通過對扇貝的全部11個Hox基因在胚胎和幼蟲期的動態(tài)表達規(guī)律進行了系統(tǒng)分析，支持了STC假說。

小麥遠緣雜交及著絲粒結構功能

中科院遺傳發(fā)育所韓方普研究組開展小麥遠緣雜交及染色體工程育種研究，為小麥育種提供了新的種質(zhì)資源，也為染色體結構和功能研究提供了新的素材，研究論文發(fā)表于《植物雜志》。小麥與黑麥的雜交工作始于19世紀70年代，育種家和遺傳學家看到小黑麥的優(yōu)良性狀，一百多年來，一直進行小麥與小黑麥的回交、自交來進行新品種選育。全球推廣的普通小麥品種中大約有70%含有一對特殊的染色體：稱之為1BL/1RS易位系，即普通小麥第一同源群B組染色體的長臂與黑麥的1R染色體短臂連接在一起形成小麥-黑麥染色體易位系。我國許多大面積推廣的小麥新品種含有這條融合著絲粒的染色體。

非編碼RNA和轉(zhuǎn)座子在長壽中的作用機制

中科院-馬普學會計算生物學伙伴研究所韓敬東研究員等該研究在探索能量限制調(diào)控非編碼RNA和轉(zhuǎn)座子表達的機制，相關成果發(fā)表于《細胞-報告》。對生活方式的不同干預，比如改變飲食中糖、蛋白質(zhì)和脂肪的攝入比例，熱量的攝取以及能量消耗，可以影響人類對衰老相關疾病的易感度，甚至影響壽命。在不引起營養(yǎng)不良條件下的能量限制以及其他一些生活方式（比如自主鍛煉）可以減少衰老相關疾病，比如肥胖、二型糖尿病和心血管疾病的發(fā)生。研究揭示了有益于長壽的生活方式可以引起對轉(zhuǎn)座子的有效抑制，并且這些抑制可以保護染色質(zhì)免受非正常RNA轉(zhuǎn)錄和基因表達失調(diào)的影響。

水稻理想株型基因超高產(chǎn)等位位點的克隆與作用機理

中科學上海生命科學研究院植物生理生態(tài)研究所何祖華研究組、遺傳發(fā)育所李家洋研究組等科研人員實現(xiàn)了超級稻新品種的分子設計育種，為今后水稻理想株型的分子設計育種提供了遺傳資源和技術途徑，相關論文發(fā)表于《自然-通訊》。水稻株型是決定水稻產(chǎn)量的主要因素之一，也是決定抗倒性的主要農(nóng)藝性狀，水稻理想株型的塑造是提高水稻產(chǎn)量的重要途徑?？刂扑纠硐胫晷偷闹骰騃PA1編碼一個含SBP-box的轉(zhuǎn)錄因子，參與調(diào)控多個生長發(fā)育過程。IPA1對株型有著精細的劑量調(diào)控效應，利用IPA1的不同等位位點，實現(xiàn)IPA1的適度表達是形成大穗、適當分蘗和粗稈抗倒理想株型的關鍵。

遺傳發(fā)育

水稻粒寬與粒重調(diào)控新機制

中國農(nóng)科院作物科學研究所萬建民院士領導的水稻功能基因組學創(chuàng)新研究組揭示了控制水稻粒寬與粒重關鍵基因GW5通過調(diào)節(jié)油菜素內(nèi)酯（brassionsteroids，BR）信號途徑調(diào)控水稻籽粒發(fā)育的新機制，初步闡述了其功能作用模式與遺傳調(diào)控網(wǎng)絡，為水稻高產(chǎn)育種提供了的理論依據(jù)。研究論文發(fā)表于《自然-植物》。水稻粒型是決定籽粒重量進而影響水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的重要性狀。GW5蛋白定位在細胞質(zhì)膜上，并可與油菜素內(nèi)酯信號途徑中的一個關鍵激酶GSK2直接互作，抑制GSK2磷酸化下游兩個轉(zhuǎn)錄因子BZR1和DLT活性，使得非磷酸化狀態(tài)的BZR1與DLT積累并進入細胞核中，調(diào)控BR下游響應基因表達，調(diào)控生長發(fā)育。

保存完美的金龍魚

中科院古脊椎動物與古人類研究所研究員張江永和加拿大阿爾伯塔大學教授Mark Wilson報道了在我國首次發(fā)現(xiàn)的骨舌魚科金龍魚屬一新種：中華金龍魚（Scleropages sinensis），相關研究成果發(fā)表于《古脊椎動物學報》。金龍魚是一種名貴的觀賞魚類，屬于骨舌魚超目骨舌魚目骨舌魚科。骨舌魚類是真骨魚中較古老的類群，雖然金龍魚的現(xiàn)生種發(fā)現(xiàn)于各種河流和小溪中，但它比較喜歡水草茂盛的靜水環(huán)境，一般在春季的夜間產(chǎn)卵，由雄性親魚在口中孵化。金龍魚一般游弋于表層水中，以魚蝦、昆蟲、甲殼蟲為食，甚至包括青蛙、蜥蜴、老鼠等，也可以躍出水面捕捉蜻蜓等昆蟲。中華金龍魚也應該有相似的生長環(huán)境和食性。

豬尾鼠新物種

中科院昆明動物研究所蔣學龍課題組將豬尾鼠屬系統(tǒng)發(fā)育與分類研究中取得的新進展發(fā)表于《哺乳動物學雜志》。尾鼠屬（Typhlomys）隸屬于嚙齒目刺山鼠科，是一種小型樹棲型哺乳動物，因其眼睛小而又被稱為“盲鼠”。豬尾鼠屬原為單型屬，豬尾鼠（Typhlomys cinereus）模式產(chǎn)地在福建掛敦，在中國長江以南和越南北部廣泛分布。分子界定形成的5個支系均已達到物種水平，其中采自云南轎子山3號標本和大圍山1號標本單獨聚成一支，且在形態(tài)上明顯區(qū)別于其它支系，而將其描記為一新物種。研究還發(fā)現(xiàn)沙巴豬尾鼠的IRBP基因編碼區(qū)出現(xiàn)了單個堿基的缺失，可能預示著豬尾鼠視覺出現(xiàn)了退化。

功不可沒的普通野生稻

中科院遺傳與發(fā)育生物學研究所儲成才研究組和丹麥哥本哈根大學、美國加州大學伯克利分校等合作，通過對已發(fā)表的野生稻和栽培稻基因組數(shù)據(jù)的深入挖掘，發(fā)現(xiàn)野生稻基因組中有著人工選擇馴化的痕跡，從而證實有大量栽培稻基因流入野生稻群體，相關工作發(fā)表于《基因組研究》。普通野生稻一直被認為是亞洲栽培稻的野生祖先，也是水稻改良過程中的重要種質(zhì)資源。普通野生稻經(jīng)過近萬年的馴化到農(nóng)家品種，進一步經(jīng)過近百年的現(xiàn)代育種得到現(xiàn)代栽培稻品種，這一過程伴隨著遺傳多樣性的減少和很多優(yōu)異基因的丟失。育種家在現(xiàn)代育種實踐中也逐漸意識到這一點，水稻重大改良過程中的很多重要基因，就是來自于普通野生稻。