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估了多項(xiàng)測序和組裝技術(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埋葬。雖然尼安德特人會(huì)有意識地埋葬死者，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?。珊瑚建造珊瑚礁的能力依賴于珊瑚?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（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，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。