通過(guò)重編程恢復(fù)年輕的表觀(guān)遺傳信息和視力

Nature封面：折返時(shí)間。Nature雜志第7836期封面文章報(bào)道了在視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞內(nèi)表達(dá)3個(gè)山中（Yamanaka）轉(zhuǎn)錄因子，能將它們重編程到一個(gè)更年輕的表觀(guān)遺傳狀態(tài)，并將眼內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞的時(shí)鐘往回?fù)堋Ｑ芯空甙l(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(zhǎng)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(dòng)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(lèi)癌細(xì)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(xì)胞的轉(zhuǎn)移模式。Nature雜志第7837期封面文章報(bào)道了MetMap，一個(gè)用來(lái)確定人類(lèi)癌細(xì)胞系轉(zhuǎn)移潛能的條形碼系統(tǒng)，系統(tǒng)的建立來(lái)自對(duì)代表21種實(shí)體瘤的500個(gè)左右細(xì)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(kuò)散有關(guān)，但是關(guān)于這個(gè)過(guò)程背后的基礎(chǔ)生物學(xué)機(jī)制，還存在很大的認(rèn)知空白。研究人員使用該圖評(píng)估了乳腺癌的腦轉(zhuǎn)移，發(fā)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程與脂質(zhì)代謝的變化有關(guān)，這一點(diǎn)或許能作為未來(lái)的治療靶標(biāo)。

神秘的恐龍前種群填補(bǔ)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(bào)道了兔蜥（lagerpetid）這種身形細(xì)長(zhǎng)的生物很有可能是翼龍的姐妹類(lèi)群。翼龍是第一種演化出動(dòng)力飛行能力的脊椎動(dòng)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(guò)對(duì)骨骼殘骸進(jìn)行微計(jì)算機(jī)斷層掃描和3D重建，確定了兔蜥與翼龍共有的獨(dú)特特征，比如內(nèi)耳形狀。雖然從陸棲脊椎動(dòng)物到飛行脊椎動(dòng)物的具體過(guò)渡依然未知，但Martin Ezcurra團(tuán)隊(duì)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(guò)去艱辛的12個(gè)月，《自然》挑選出了10位影響2020年科學(xué)進(jìn)程的人物。全球社會(huì)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(jī)構(gòu)批準(zhǔn)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(jiǎng)勵(lì)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(yè)期刊封面圖來(lái)自Nature官網(wǎng)）

高鎳單晶陰極研究

Science封面：充入高壓的微米級(jí)陰極晶體中滑動(dòng)現(xiàn)象示意圖。Science雜志第6522期封面文章報(bào)道了如何使富含鎳的單晶陰極堅(jiān)固高效。美國(guó)能源部太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家使用高鎳含量的單晶材料作為陰極，實(shí)現(xiàn)了性能“兼得”。研究人員通過(guò)使用高性能單晶作為模型材料，觀(guān)察了高鎳陰極的變化，研究電壓如何觸發(fā)單晶從原子級(jí)到微米級(jí)的結(jié)構(gòu)變化及其對(duì)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(guān)察到沿（003）平面的可逆晶格滑動(dòng)和微裂紋。論文開(kāi)發(fā)了一種擴(kuò)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(bào)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(jìn)展的個(gè)人文章。隨著2020年新冠肺炎大流行，科學(xué)家們被動(dòng)員起來(lái)開(kāi)發(fā)和測(cè)試了數(shù)十種針對(duì)新型冠狀病毒的候選疫苗。許多研究者旨在刺激針對(duì)病毒突出的尖峰蛋白的抗體，這使得它能夠感染人類(lèi)細(xì)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(jì)錄的時(shí)間里，幾種疫苗顯示出了強(qiáng)有力的效力證據(jù)，給飽受困擾的世界帶來(lái)新希望。

控制內(nèi)部不均勻性的納米尺度以增強(qiáng)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(bào)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(shí)保持理想的選擇性，這是依賴(lài)于膜蛋白來(lái)實(shí)現(xiàn)的?？茖W(xué)家將這種設(shè)計(jì)策略應(yīng)用于脫鹽膜，通過(guò)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(cè)量確定納米級(jí)三維聚酰胺密度圖，并預(yù)測(cè)透水性能。密度波動(dòng)不利于水的傳輸，只有系統(tǒng)控制好納米級(jí)聚酰胺不均勻性，才能在不犧牲脫鹽膜鹽選擇性前提下，實(shí)現(xiàn)最大化滲透水。

微管蛋白糖基化控制軸突動(dòng)力蛋白活性、鞭毛搏動(dòng)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(bào)道了微管蛋白糖基化控制精子運(yùn)動(dòng)機(jī)制。研究人員發(fā)現(xiàn)微管蛋白的一種特殊的稱(chēng)為糖基化（glycylation）的酶修飾是讓精子保持直線(xiàn)游動(dòng)的關(guān)鍵，對(duì)這種修飾進(jìn)行干擾可能是人類(lèi)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(dòng)鞭毛跳動(dòng)的軸突動(dòng)力蛋白馬達(dá)。缺乏糖基化導(dǎo)致鞭毛異常跳動(dòng)，導(dǎo)致圓形而不是直精子游泳。這反過(guò)來(lái)嚴(yán)重影響了男性的生育能力。

（本頁(yè)期刊封面圖來(lái)自Science官網(wǎng)）

馴化下早期物種形成的基因組調(diào)控機(jī)制

中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所張亞平院士團(tuán)隊(duì)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(guò)F1繼承F0基因組序列的精細(xì)圖譜，通過(guò)分析F2代個(gè)體中的大白與民豬來(lái)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(jī)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(hào)和T細(xì)胞受體信號(hào)通路，提示生殖隔離進(jìn)化可能與生長(zhǎng)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(lái)源于中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)物研究所網(wǎng)站)

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

神經(jīng)肽調(diào)控蜜蜂勞動(dòng)分工新機(jī)制

中國(guó)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(tuán)隊(duì)韓賓等為研究動(dòng)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(dòng)分工的神經(jīng)調(diào)控機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于eLife。研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)特定刺激的反應(yīng)閾值差異是決定工蜂勞動(dòng)分工的關(guān)鍵，速激肽信號(hào)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(duì)與任務(wù)無(wú)關(guān)的刺激沒(méi)有影響。研究同時(shí)發(fā)現(xiàn)，速激肽信號(hào)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(huì)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(jìn)展

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)趙書(shū)紅/李新云教授團(tuán)隊(duì)公布了目前涵蓋品種信息和組織類(lèi)型最廣的豬基因組調(diào)控元件精細(xì)圖譜，為豬經(jīng)濟(jì)性狀形成機(jī)制的解析和基因組育種效率的提升提供了新思路和靶點(diǎn)。相關(guān)成果發(fā)表于Nature Communications。該研究鑒定出超過(guò)22萬(wàn)個(gè)豬基因組調(diào)控元件和3316個(gè)豬基因組新轉(zhuǎn)錄本，并進(jìn)一步解析了豬基因組的超級(jí)增強(qiáng)子、活性啟動(dòng)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(duì)基因表達(dá)調(diào)控的影響。該研究通過(guò)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(diǎn)在調(diào)控元件周?chē)姆植继卣?，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(dòng)態(tài)變化基本模式

中國(guó)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(xì)胞譜系追蹤和單細(xì)胞表達(dá)定量分析等方法，量化了整合至基因組100余個(gè)不同位置的同一報(bào)告基因在700多個(gè)身份明確胚胎細(xì)胞的表達(dá)，并基于此繪制了線(xiàn)蟲(chóng)早期胚胎細(xì)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(guò)選擇合適的報(bào)告基因，動(dòng)態(tài)追蹤染色質(zhì)活性在任何位點(diǎn)和任何細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化。同時(shí)，在單細(xì)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(dòng)態(tài)變化模式，也為從多個(gè)維度系統(tǒng)理解多細(xì)胞生物細(xì)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(niǎo)“行為生態(tài)學(xué)”研究進(jìn)展

中國(guó)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(duì)當(dāng)前大型瀕危水鳥(niǎo)研究存在的不足，引入衛(wèi)星追蹤技術(shù)，詳細(xì)跟蹤記錄了3巢東方白鸛幼鳥(niǎo)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(niǎo)白天的活動(dòng)強(qiáng)度顯著高于夜晚，日出（4:00）與日落（19:00）前后出現(xiàn)活動(dòng)高峰。幼鳥(niǎo)活動(dòng)位點(diǎn)呈現(xiàn)明顯的空間聚集性，形成了空間熱點(diǎn)區(qū)，不同個(gè)體在熱點(diǎn)區(qū)之間的活動(dòng)路徑具有獨(dú)特分布模式。家域范圍隨著幼鳥(niǎo)成長(zhǎng)逐漸擴(kuò)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(kuò)展。

東方白鸛幼鳥(niǎo)活動(dòng)熱點(diǎn)分布模式及家域特征(EP早期,幼鳥(niǎo)每日回巢; LP晚期, 幼鳥(niǎo)不回巢)（圖片來(lái)源于中國(guó)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(niǎo)離巢前繁殖地景觀(guān)斑塊區(qū)位圖（圖片來(lái)源于中國(guó)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(chóng)褐飛虱中發(fā)現(xiàn)過(guò)氧化物酶可減輕抗藥性引起的適合度代價(jià)

中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張文慶教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)水稻害蟲(chóng)褐飛虱的過(guò)氧化物酶基因可作為修飾基因減輕吡蟲(chóng)啉抗藥性引起的褐飛虱適合度代價(jià)。相關(guān)成果發(fā)表于PLoS Biology。害蟲(chóng)一直以來(lái)嚴(yán)重威脅著人類(lèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)和健康，對(duì)害蟲(chóng)的防治大量依賴(lài)化學(xué)農(nóng)藥，然而農(nóng)藥濫用導(dǎo)致了害蟲(chóng)抗藥性的快速進(jìn)化。文章通過(guò)對(duì)褐飛虱的吡蟲(chóng)啉高抗性個(gè)體和相對(duì)敏感個(gè)體進(jìn)行基因組重測(cè)序，發(fā)現(xiàn)該基因啟動(dòng)子存在一個(gè)潛在的修飾等位基因（T65549）。水稻害蟲(chóng)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(jià)，而NlPrx基因突變導(dǎo)致的表達(dá)上調(diào)可顯著減輕該適合度代價(jià)。文章闡明了在昆蟲(chóng)中適合度代價(jià)修飾基因的分子機(jī)理。

昆蟲(chóng)免疫防御新機(jī)制

中國(guó)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(jī)制沉默真菌毒力基因的表達(dá)，對(duì)抗真菌侵染的免疫防御新機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于PNAS。昆蟲(chóng)是地球上最繁盛、種類(lèi)最多、分布最廣的生物類(lèi)群之一，是地球生態(tài)系統(tǒng)中不可或缺的組成部分。昆蟲(chóng)在與自然界各類(lèi)病原體長(zhǎng)期攻防與博弈的過(guò)程中，進(jìn)化形成了一套復(fù)雜高效的防御系統(tǒng)對(duì)抗病原菌感染。該研究發(fā)現(xiàn)了一種全新的昆蟲(chóng)免疫防御機(jī)制，并對(duì)應(yīng)用遺傳手段逆轉(zhuǎn)昆蟲(chóng)miRNA效應(yīng)因子干擾真菌毒力基因表達(dá)提供了新方法，為真菌殺蟲(chóng)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(jì)

中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所杜衛(wèi)國(guó)研究員等人與中國(guó)科學(xué)院昆明動(dòng)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(lài)于溫度門(mén)控瞬時(shí)電位受體TRPA1和TRPV1精巧的功能平衡，揭示了爬行動(dòng)物胚胎時(shí)期獨(dú)特的溫度感知分子機(jī)制。相關(guān)成果發(fā)表于Current Biology。該研究測(cè)定了烏龜胚胎及其背根神經(jīng)節(jié)中初級(jí)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(lèi)熱敏神經(jīng)元，表明在初級(jí)感覺(jué)神經(jīng)元中至少存在兩個(gè)分子感受器。研究進(jìn)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。