2011：《Nature》的中国声音

张 刚 宋子煜

2011：《Nature》的中国声音

张 刚 宋子煜

《Nature》杂志是世界最有影响力的两种综合类学术期刊之一，刊登各学科研究领域最前沿的首创性研究成果，每年发表的论文总数约为850篇。《Nature》杂志2010年影响因子为36.104，5年平均影响因子为35.248。

2011年度，中国大陆地区高校和科研院所的全职科学家以通讯作者的身份在《Nature》上发表并已出版的学术论文（Articles和Letters类）共13篇，约占全年发表论文总数1.53%。据统计，2001年至2011年（截至2011年11月1日）我国科技人员共发表论文83.63万篇，近次于美国，排在世界第2位。世界第二的论文数量却仅产生了1.53%的《Nature》文章，这表明虽然我国已经成为世界科研大国，但距离科研强国还有很长的距离。

2011年度大陆科学家发表的这13篇论文，包括神经生物学1篇、先进材料1篇、基因组学1篇、遗传学1篇、细胞生物学1篇、免疫学1篇、古生物学3篇和生物大分子结构与功能4篇。以大学科分类来看，生命科学9篇、古生物学3篇和先进材料1篇。

从文章的院校分布来看，清华大学4篇、中国科学院上海生命科学研究院生物化学和细胞研究所2篇、北京生命科学研究所2篇、北京大学1篇、深圳华大基因1篇、中国科学院古脊椎动物与古人类研究所1篇、中国科学院南京地质古生物研究所1篇、吉林大学和沈阳师范大学合为1篇。根据近几年《Nature》发表论文情况分析，中国科学院上海生命科学研究院生物化学和细胞研究所、清华大学、北京大学、北京生命科学研究所和深圳华大基因五家科研院所或大学连续几年均有《Nature》论文产出。

本年度，施一公教授领导的清华大学结构生物学科研团队共在《Nature》上发表了3篇论文。该团队主要成员应包括，施一公教授在美国普林斯顿大学任教期间指导的博士生、现清华大学医学院教授颜宁，指导的博士后、现清华大学生命科学学院教授柴继杰，以及施一公教授现重要助手清华大学生命科学学院助理教授王佳伟。2011年，《Science》评论文章事件和院士落选事件引发了科研界不大不小的讨论。然而，毋庸置疑的是，施一公教授将生命科学领域的世界最前沿研究带回了中国。

我国辽西古生物化石群和蓝田古生物化石群是世界最重要的古生物化石群之一。辽西古生物化石，为鸟类的起源，被子植物的起源，现代哺乳动物的起源，昆虫与开花植物的共同演化方面，提供了最珍贵的物证。“蓝田生物群”是地球早期真核生物多细胞化、组织分化、两性分化和形态多样化的见证。古生物学研究发现，地球上最早的生命是原核生物，其细胞是没有细胞核的。“蓝田植物群”展现了6亿年前地球上温暖浅海中早期动物大规模出现前夕的生命景观，是地球早期生命从简单向复杂进化过程中的重要环节。我国科学家对这两个古生物化石群的研究几乎每年都有举世震惊的重大发现。

基因组DNA测序是人类对自身基因组认识的第一步。随着测序的完成，功能基因组学研究成为世界科研的热点领域。曾参与国际人类基因组计划并承担“中国部分”（1%）任务的深圳华大基因是我国最具国际影响的科研机构，先后完成了国际人类单体型图计划（10%）、水稻基因组计划、家蚕基因组计划、家鸡基因组计划、抗SARS研究、炎黄一号等多项具有国际先进水平的科研工作,发起或参与了糖尿病关联基因及变异研究（LUCAMP）、国际癌症基因组计划、古人类基因组、中华千种单基因病研究计划、千种动植物基因组参考序列谱构建计划、万种脊椎动物基因组计划、国际大熊猫基因组计划、蚂蚁基因组、黄瓜基因组计划、兰花基因组计划、“世界三极”动物基因组计划、桑蚕基因组重测序、大豆基因组重测序、千种植物转录组研究、人体肠道微生物基因组研究计划和万种微生物基因组计划等国际合作项目。因此，每年都有世界级高水平文章产出，不少文章被选作《Nature》封面文章。

叶克穷 高级研究员

北京生命科学研究所

1995年，浙江大学生物学学士。2000年，中科院生物物理所博士。2001年至2005年，斯隆癌症研究所博士后。2005年至2011年，北京生命科学研究所研究员。2011年至今，北京生命科学研究所高级研究员。

主要研究蛋白质和核糖核酸之间的相互作用。核糖核酸除了在基因表达中作为信使,还行使许多其他的功能。在各种生物体中已经发现了很多非编码的核糖核酸，它们不翻译成蛋白质，却在分子结构，反应催化，基因调节中发挥重要作用。这些非编码核糖核酸通常和蛋白质形成复合物行使功能。实验室主要的研究领域包括核酸干扰，这是由长度约为21个核甘酸的微小核糖核酸介导的基因调控过程。我们实验室将研究这些微小核酸生物发生机理，工作原理和调控途径。我们还研究由核糖核酸引导的核糖核酸修饰系统，如催化核糖甲基化的C/D RNP和假尿嘧啶化的H/ACA RNP。实验室主要使用X光晶体学，核磁共振等结构方法以及生化分析作为研究手段。

C/D RNA蛋白质复合物催化RNA核糖甲基化的结构机理

C/D RNA是普遍存在于真核生物和古细菌的一类古老的非编码RNA，它们主要介导核糖体RNA和剪切体RNA大量特定位点上的核糖甲基化修饰，同时参与真核生物核糖体的装配。在古细菌中，C/D RNA和甲基转移酶fibrillarin，RNA结合蛋白L7Ae和骨架蛋白Nop5形成复合物。C/D RNA能和修饰位点两边的碱基序列互补配对，而实现对底物的特异性选择。虽然对这个复合物的结构已经有较多研究，但二个基本问题仍然没有解决。首先C/D RNA是如何和蛋白质组装形成复合物的。其中经典的模型认为一条C/D RNA和两套蛋白结合形成所谓的“单体”结构，但是最近的研究认为两条C/D RNA和四套蛋白结合形成“交叉双体”结构。第二个问题是C/D RNA如何指导甲基转移酶选择特定的修饰位点。

我们发现一个加载了底物的完整C/D RNA蛋白质复合物的3.15埃晶体结构。其中晶体X光衍射数据在上海光源生物大分子晶体学线站BL17U搜集。由于C/D复合物晶体的衍射能力很弱，只有在高亮度的同步辐射X光照射下才能达到衍射极限。在一年左右时间内，我们获得了多种晶体，有了上海光源使得可以及时检查各种晶体的质量，确定下一步的优化方向。2010年5月，获得一种新型的底物结合复合物晶体，通过上海光源工作人员的协调及时安排了实验，并获得3.15埃分辨率的衍射数据，使结构得以顺利解析。该结构首次显示了这个复杂分子机器的整体组装方式，为“单体”模型提供了直接的证据。这个结构还清楚的显示了底物RNA的结合方式和催化亚基选择特定修饰位点的方式。研究发现，为了形成催化所需的活性状态，底物的加载诱发了复合物内部结构发生广泛的变化。

Nature 469,559－563 (27 January 2011)

图1. C/D RNP的底物结合位点 及活性位点的结构。

上海光源是一台高性能的中能第三代同步辐射光源，它的英文全名为Shanghai Synchrotron Radiation facility，简称SSRF。它是我国迄今为止最大的大科学装置和大科学平台，在科学界和工业界有着广泛的应用价值，每天能容纳数百名来自全国或全世界不同学科、不同领域的科学家和工程师在这里进行基础研究和技术开发。

袁训来 研究员

中国科学院南京地质古生物研究所微体古生物研究室主任

1965年8月出生。1990年，北京大学地质系毕业，获学士、硕士学位。现任中国古生物学会理事，中国微体古生物学会理事长，中国化石藻类委员会主任,中国动物学会进化分会委员，中国科学院研究生院兼职教授，国际地层委员会埃迪卡拉系分会选举委员。《科学通报》特邀编辑,《古生物学报》副主编，《生物进化》科普杂志主编，《地层学杂志》和《微体古生物学报》编委。

近年来先后获得国家杰出青年基金、第八届江苏省青年科技奖、美国地质学会大会特别论文奖、中国地质学会“银锤”奖、南京市十大科技之星，第五届中国古生物学会尹赞勋奖、首批“新世纪百千万人才工程”国家级人选、2005年度科学中国人、中科院研究生院优秀教师、江苏省科普先进个人等；专著《陡山沱期生物群》获中国科技图书一等奖、安徽省图书一等奖和中国图书奖。在贵州瓮安地区发现的似地衣化石被评为2005年度“中国基础研究十大新闻”。

长期从事“地球早期生命起源、演化和环境背景”的研究，在早期多细胞真核生物的起源和辐射方面的研究取得了重要进展。如，与国内外合作者首次提出了多细胞藻类的起源和辐射模式；发现了最早期无脊椎动物的实体化石证据；在早寒武纪的地层中发现了以海绵动物化石为主的新的化石生物群；命名和深入研究了当今国际早期生命领域广泛关注的“瓮安生物群”等。利用综合研究方法，揭示了新疆库鲁克塔格地区在新元古代至少发生了三次全球性的冰期事件；利用同位素年龄和系统稳定同位素的研究结果，确定了中国南方广泛分布的南沱冰碛岩是Marinoan冰期的沉积；首次发现了新元古代Cloudina的无性繁殖现象，并认为它可能是迄今为止最早的多毛类环节动物化石。大部分成果发表在《Science》、《Nature》、《PNAS》和《Geology》等国际一流刊物上。已发表科研论文（著）80余（部），其中在SCI刊物上共发表论文40余篇，专著2部。

埃迪卡拉纪早期具形态分异的宏体真核生物组合

多细胞宏体生物的出现是地球生命进化史上极为重要的革新事件。生物多细胞化以后，才有细胞的分化，进一步实现器官的分化以及各种功能和形态的出现。在现今生物圈中，包括我们人类在内的所有肉眼可见的生命，几乎都是多细胞宏体生物，它们在生物谱系树上属于真核生物一支，也是我们常说的“高等生命”。在地质历史中，自寒武纪至今，这些高等生命是地球生物圈的主体，但它们是何时，在何种环境背景下以何种形态由单细胞生物演化而来？要回答这些问题，只有保存在古老岩层中的生物化石才能提供最直接的证据。

在地球生命历史中，已知最古老的宏体真核生物组合是“埃迪卡拉生物群”，其中，产自加拿大北部距今5.79-5.65亿年的“阿瓦隆生物群”（Avalon biota）出现的年代最早。而在此之前，可靠的宏体真核生物化石极为稀少，大家也普遍认为那个时期的真核生物主要是微体的，地球大气圈中的氧气含量也不足以支持宏体真核生物的大量发展。

袁训来研究员领导的科研团队对安徽省休宁县蓝田镇附近的“蓝田生物群”进行了大量的挖掘和深入研究，对早期宏体真核生物的演化和环境背景带来了新的认识。

（1）产自埃迪卡拉纪早期蓝田组黑色页岩中的“蓝田生物群”是迄今最古老的宏体真核生物群，时代限定在距今6.35—5.8亿年之间，早于以往报道的所有埃迪卡拉生物群。

（2）该生物群不但包含了扇状、丛状生长的海藻，也有具触手和类似肠道特征、形态可与现代腔肠动物或蠕虫类相比较的后生动物。根据已有的发现，至少能识别出15个不同形态类型的宏体生物。它们形态保存完整，绝大部分类型具有固着装置，表明它是一个底栖固着生长的宏体生物群。

（3）保存化石的页岩微细层理发育，没有发现任何水动力沉积和搬运的迹象，表明“蓝田生物群”为原地埋藏保存，它们的生活环境应该在最大浪基面之下、透光带之中。根据当时的古地理位置，以及参考现代海洋环境的标准，“蓝田生物群”应该生活在静水环境，水深在50米至200米之间。

该研究显示了在新元古代“雪球地球”事件刚刚结束后不久，形态多样化的的宏体真核生物，包括海藻和后生动物就发生了快速的辐射。同时也意味着，这个时期大气圈中的氧气含量有了明显的升高，较深部海水已经由“雪球地球”之前的还原状态转变成了间歇性的氧化状态，为宏体真核生物的生存提供了条件。

Nature 470,390－393 (17 February 2011)

施一公 教授

清华大学生命科学学院院长 清华大学医学院常务副院长

清华大学生命科学与医学研究院副院长

1967年5月生于河南驻马店。1989年提前一年毕业并获学士学位，1990年赴美留学。1995年获约翰·霍普金斯大学生物物理博士学位。1998年1月获聘美国普林斯顿大学分子生物学系助理教授，2001年10月获得该校终身教职，2003年3月被聘为正教授，2007年4月受聘普林斯顿大学终身讲席教授。2007年被聘为教育部长江学者讲座教授。2008年2月至今，受聘清华大学教授。2009年，入选第一批“千人计划”。2005年，当选华人生物学家协会会长。现任清华大学生命科学学院院长、医学院常务副院长、生命科学与医学研究院副院长。

2003年获国际蛋白质学会(The Protein Society)颁发的“鄂文西格青年研究家奖”(Irving Sigal Young Investigator Award)，成为这一奖项设立17年以来首位获奖的华裔学者。2010年因为对细胞凋亡通路中蛋白调节机制的深入研究而获赛克勒国际生物物理学奖(The Raymond & Beverly Sackler International Prize in Biophysics)。

研究涉及细胞凋亡领域、膜蛋白结构与功能领域、蛋白降解与质量控制领域和SMAD蛋白信号转导领域。主要运用结构生物学和生物化学的手段研究肿瘤发生和细胞调亡的分子机制，集中于肿瘤抑制因子和细胞凋亡调节蛋白的结构和功能研究，与重大疾病相关膜蛋白的结构与功能的研究，细胞内生物大分子机器的结构与功能研究。

王佳伟 助理教授

清华大学生命科学学院

2001年毕业于中国科学技术大学材料科学与工程系获学士学位，2005年获中国科学院物理研究所博士学位。2005年至2008年，美国阿岗国家实验室/国立癌症研究所蛋白质晶体学实验室/SAIC-Frederick Inc.从事博士后研究；2008年至2011年，清华大学生物科学与技术系任高级工程师；2011年受聘于清华大学生命科学学院担任助理教授。

主要从事膜蛋白晶体学研究：利用X射线晶体学解析与重大疾病相关的膜蛋白的晶体结构，同时探索利用细聚焦光束线测定微小膜蛋白晶体结构的技术，及微小晶体衍射相位的获取和结构分析等关键科学问题。

MecA-ClpC复合物晶体结构

ATP依赖的可调控蛋白质水解广泛存在于大多数生命体中，对于及时清除机体内的垃圾蛋白以及调节蛋白具有十分重要的作用。原核生物中负责这一功能的蛋白酶体由调节亚基-Clp/Hsp100家族成员同催化亚基ClpP两部分组成。研究发现，Clp/Hsp100家族蛋白都是以六聚体形式执行功能。ClpC是Clp/Hsp100家族的重要成员，含有两个AAA+(ATPasesassociatedwithdiversecellularactivities)结构域（核酸结合结构域），与该家族其它成员不同的是，ClpC的六聚体形成及其进一步的激活需要接头蛋白MecA的参与。利用ATP水解的能量，激活后的六聚体MecA-ClpC分子能够去折叠特异性蛋白质底物，并将生成的去折叠多肽链转运到ClpP中降解。但是，MecA如何介导ClpC形成六聚体并激活ClpC的分子机制一直都没有明确的解释。

施一公教授领导的课题组首次解析了枯草芽孢杆菌内蛋白酶体调节亚基MecA-ClpC复合物的三个相关晶体结构，并结合大量的生化实验数据，揭示了六聚体MecA-ClpC复合物的组装方式，阐明了MecA介导ClpC激活的分子机理，并提供了MecA-ClpC执行功能的结构基础。这些发现对揭密其它Clp/Hsp100分子机器的组装方式也有很好的借鉴作用，并且为研究真核生物内更为复杂的泛素－蛋白酶体系统提供了方法论和实验基础。

Nature 471,331－335 (17 March 2011)

孙 革 教授

吉林大学古生物研究中心主任 沈阳师范大学古生物研究所所长

辽宁古生物博物馆馆长

1943年9月生，辽宁沈阳人。1968年毕业于长春地质学院。1979年至1984年，中科院南京地质古生物所研究生，1985年获博士学位。1988年至1989年，英国大英博物馆（自然史部）完成博士后研究。1995年至2000年，任中国科学院南京地质古生物所副所长，并历任中国古生物学会秘书长（1997-2001）、国际古植物学会副主席（2000-2004）等。现为中国古生物学会古植物学分会理事长，《世界地质》(Global Geology)主编，美国佛罗里达大学（自然史博物馆）名誉教授。中德合作新疆地质工作站中方主任，中国科学院生物多样性重点实验室学术委员会委员，中国古生物化石保护基金会专家委员会委员，辽宁省化石鉴定委员会委员。

曾获2004年教育部提名国家自然科学一等奖，2005年李四光地质科学奖，1997年中国科学院自然科学二等奖等；2007年当选为长春市劳动模范。

主要从事古生物学、地层学，专长于中生代植物及早期被子植物研究。1998年至2002年，率课题组首次发现迄今世界最早的被子植物“辽宁古果”及“中华古果”，提出“被子植物起源的东亚中心”假说。在有关被子植物起源的祖先类群方面，古植物学界以往多流行“真花说”或“假花说”，而“辽宁古果”的发现却表明，被子植物的祖先类群可能是现已灭绝的种子蕨类植物。这在全球被子植物起源研究方面是一个新的、重要突破。“辽宁古果”的发现，为破解达尔文的“讨厌之谜”迈出重要一步，为解开这个谜团提供了重要依据。“辽宁古果”这一重大发现被评为“1998年中国十大科技新闻”和“1998年中国基础研究十大新闻”。2002年，他和课题组又发现了与“辽宁古果”同时代的、迄今最早的被子植物“中华古果”，提出古果属为被子植物的“基本类群”，新建了“古果科”。

中国一种白垩纪早期的双子叶植物

被子植物又称有花植物，而真双子叶植物是被子植物的主要分支之一，以具有三沟型花粉为特征。人们平时常见的槭树、柞树以及毛茛科植物等都是真双子叶植物。然而，由于早期真双子叶植物的化石十分罕见，以往科学界对真双子叶植物的早期类群及其祖先所知甚少。科学家们认为，这些化石在大致同时期的集中发现表明，在距今1．25亿年前，早期被子植物在演化上可能有一个“加速期”或称“爆发期”，这较之科学界以往的认识要早1000万年左右。

孙革教授与美国印第安纳大学的David L. Dilcher教授领导的由沈阳师范大学、吉林大学、中科院植物所和美国印第安纳大学、佛罗里达大学科学家组成的课题组在我国东北辽宁凌源距今约1．24亿年的地层中首次发现迄今最早的真双子叶被子植物化石——“李氏果”。此前，科学家曾相继在此发现了“辽宁古果”、“中华古果”、“十字里海果”等被子植物化石，其中“辽宁古果”更是被誉为迄今发现的地球上“最早的花”。这些已经发现的被子植物化石与此次发现的“李氏果”基本上都处于距今约1．24亿年前至1．25亿年前的地层。“李氏果”这一古老的真双子叶植物非常接近现生的毛茛科植物，也是现生的大多数有花植物有直接系统演化联系的迄今最早的“祖先”。‘中华古果’、‘十字里海果’以及‘辽宁古果’，尽管所处年代与‘李氏果’基本相当或稍早，但它们所属的科级类群现在都已灭绝，而‘李氏果’所代表的真双子叶植物现在仍有约25万种，占整个被子植物种类的75%，这使得‘李氏果’成为迄今最早的与现生毛茛科被子植物有直接系统演化联系的化石。”

这次发现的“李氏果”化石保存完好，形态特征与现生的毛茛科植物基本一致，在叶形、脉序和果实特征等方面特别像现生的铁线莲、翠雀花等。“李氏果”的发现填补了我国早白垩世早中期真双子叶植物化石记录的空白。孙革教授等人认为，被子植物也不可能刚一出现就进入“爆发期”，因此推断，被子植物的起源还应该在“爆发期”之前，课题组今后将集中精力在距今约1．6亿年前至1．8亿年前的侏罗纪地层里去寻找更早的“花”。

Nature 471, 625－628 (31 March 2011)

图2. 李氏果的假象图。

饶 毅 教授

北京大学生命科学学院院长 北京生命科学研究所副所长

1983年毕业于江西医学院（现南昌大学医学院）。1985年获上海第一医学院（现复旦大学上海医学院）硕士学位。1991年获加州大学旧金山分校神经科学博士学位。1991年至1994年，哈佛大学生物化学与分子生物学系博士后。1994年至2004年，华盛顿大学(圣路易斯)医学院解剖学与神经生物学系工作。2004年至2006年，任美国西北大学神经科学研究所副所长。2004年起任中国北京生命科学研究所资深研究员，学术副所长。2007年起任北京大学生命科学学院院长 。

现任西北大学神经内科学Elsa Swanson讲席教授、美国西北大学Feinberg医学院Feinberg临床神经科学研究所研究主任、美国西北大学神经内科学教授、中国科学院生物物理研究所兼职博士生导师、中国科技大学兼职教授、国科学院自然科学史研究所兼职博士生导师。1998年获国家杰出青年基金。

1999年，蒲慕明、吴建屏、鲁白、梅林、饶毅建立中国科学院上海神经科学研究所。2000年，饶毅和吴家睿创立BIO2000研究生课程。2002年，德国科学家施瓦茨和饶毅创建中国科学院上海交叉学科研究中心。2004年，王晓东、邓兴旺和饶毅建立北京生命科学研究所。

主要通过多学科交叉，用分子生物学、遗传学、神经生物学、心理学、化学分析、现代成像和电生理等综合途径，研究重要和基本社会行为。通过遗传学途径研究社会行为的分子机理。主要用果蝇和鼠研究同性间争斗、异性间求偶、和亲子间抚育等行为。用可以定量的实验模型，观察行为的模式和变化。用遗传学方法，控制特定脑区神经活动，以确立脑中参与特定行为的区域。通过分析基因突变后的行为表型，找到调控行为的分子。希望理解一个行为执行需要的分子和神经通路，了解行为如何发育，行为发育的分子和细胞机理。在动物中，可以通过分析基因突变后的行为表型，筛选和找到调控行为的分子。在人类，通过全基因组分析，发现人群中与社会行为和认知相关的基因、以及基因与环境的相互作用。

雄性小鼠大脑中神经递质五羟色胺的基因研究揭示性取向选择的调节机制

从普通的社会交往、合作、竞争到政治、外交，这些由动物做出的针对其他动物的行为，统称为社会行为。对于人类和其他社会动物而言，社会行为的重要性不言而喻。那么，社会行为的生物学机理是什么？动物脑中哪些分子和细胞决定和参与社会行为？这些都是有趣且重要的科学问题。求偶是一种基本的社会行为。求偶时必需做出的首要决定是选择求偶对象，最简单的选择是选择追求哪一性别。这个貌似简单的行为选择，科学家们对其生物学机理却了解不多。一般两性动物选择异性，但是在多数动物种属，从果蝇、羊、牛、猴到人，也一直有部分动物追求同性。这个看起来不易理解的现象，不仅是人类社会学的问题，也是生物学的问题。对于求偶选择的分子生物学理解，最早见于果蝇。从1960年代发现第一个突变，到1996年发现第一个影响求偶选择的基因，迄今已知有近10个基因参与果蝇求偶。但是，哺乳类的动物中迄今没有证明如何与这些已知果蝇基因相关的基因参与哺乳类求偶。除了性激素以外，哺乳类只有两个基因发现和求偶相关，它们编码的蛋白质都表达在老鼠的鼻腔中，参与识别性别间差别。在中枢神经系统内，特别是脑内，迄今没有发现参与求偶选择的分子。所以，对于哺乳类求偶选择的中枢调控理解很少。

饶毅实验室近年发现，脑内的五羟色胺分子以及表达五羟色胺的神经细胞对于雄性求偶至关重要，从而揭示了哺乳类求偶调控的分子和细胞原理。五羟色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT），又称血清素，是一种重要的神经递质。其最早从血清中分离出来。由于血脑屏障的存在，血液中的5-HT很难进入中枢，因此中枢和外周神经的5-HT分属两个功能不同的独立系统。5-HT作为人体的内源性活性物质，与人体很多生理病理活动密切相关，作为神经递质的5-HT，在脑内可参与多种生理功能及病理状态的调节，如睡眠、摄食、体温、精神情感性疾病的调节。

饶毅领导的研究团队首先比较了野生型的小鼠与缺失中枢性血清素神经元的小鼠，前者表现出对于雌性的更强烈兴趣（相对于雄性），而后者虽然没有表现出嗅觉或者信息素传感方面的缺失，但是却失去了性别选择的能力。而后，研究人员进一步通过敲除了涉及大脑中5-HT合成过程中的关键第一步的Tph2相关基因，导致脑中五羟色胺不能合成、或者含五羟色胺细胞的细胞不能生存，这时雄鼠面临雌雄的时候，失去选择，对雌雄同等追求。在成年鼠中，他们通过加入药物，在缺乏五羟色胺的雄鼠中提高五羟色胺浓度，可以在几十分钟内，逆转雄鼠的无偏好而重新偏好雌性。研究表明，在脑中调控求偶选择起重要作用的有五羟色胺这种传送神经细胞之间信息的分子（神经递质），以及含五羟色胺的神经细胞（“五羟色胺能神经细胞”）。

Nature 472, 95－99 (07 April 2011)

颜 宁 教授

清华大学医学院

1977年出生。2000年，毕业于清华大学生物系获学士学位。2000年至2004年，普林斯顿大学分子生物学系在施一公教授指导下攻读博士学位。2005年至2007年，普林斯顿大学分子生物学系从事博士后研究。2007年，受聘于清华大学医学院担任教授、博导。

2005年获得由《Science》杂志和GE Healthcare评选的“青年科学家奖”(北美地区)。

主要科研领域与方向：人类基因组中编码蛋白的所有基因约有30%编码膜蛋白（membrane proteins）。膜蛋白在一切生命过程中起着关键作用，具有重要的生理功能。FDA批准上市的药物中,约50%的作用靶点为膜蛋白。因此，对膜蛋白结构与功能的研究具有极高的生物学意义及医药应用前景。但是由于研究手段有限，对膜蛋白的生物学功能以及结构研究极为困难。

转运蛋白（transport proteins）是膜蛋白的一大类，介导生物膜内外的化学物质以及信号交换。脂质双分子层在细胞或细胞器周围形成了一道疏水屏障，将其与周围环境隔绝起来。尽管有一些小分子可以直接渗透通过膜，但是大部分的亲水性化合物，如糖，氨基酸，离子，药物等等，都需要特异的转运蛋白的帮助来通过疏水屏障。因此，转运蛋白在营养物质摄取，代谢产物释放以及信号转导等广泛的细胞活动中起着重要的作用。大量疾病都与膜转运蛋白功能失常有关，转运蛋白是诸如抗抑郁剂，抗酸剂等大量药物的直接靶点。

我们的研究兴趣主要集中在次级主动运输蛋白（secondary active transporters）的工作机理上。交替通路模型（alternatingaccess model）被用来解释转运蛋白的工作机理，在这个模型中，转运蛋白至少采取两种构象来进行底物的装载及卸载：一种向膜外开放，一种向膜内开放。有许多结构和生物物理学证据支持这个模型。但是，仍有两个最有趣的基本问题没有解决。第一,主动运输的能量偶联机制是什么？第二，在转运过程中，是什么因素触发了转运蛋白的构象变化？我们实验室使用基于结构的研究手段对次级主动运输蛋白进行研究，以期解决转运蛋白工作机理中的基本问题。

尿嘧啶转运蛋白UraA的结构和机制

核苷碱基作为DNA、RNA的重要组成成分，是各种生物必需的分子，而维生素C则在人类健康中起着关键的作用，众所周知，维生素C的摄入不足会导致坏血病。多年研究证明各种核苷碱基以及维生素C的吸收由一类跨膜转运蛋白家族NAT(Nucleobase/Ascorbate Transporter)蛋白介导。然而一直以来生物学家们对于NAT家族蛋白完成跨膜转运的机制并不清楚。

核苷碱基-维生素C转运(NAT)蛋白家族，又称为核苷碱基-阳离子同向转运载体2(NCS2)蛋白家族，在各种生物核苷碱基摄取的生理活动中发挥着重要作用。但是很长时间以来，这一大类蛋白的三维结构信息以及其发挥生理活性的机制一直不得而知。颜宁教授率领的科研小组自建立以来即致力于对膜转运蛋白结构，特别是营养物质：质子共转运蛋白的结构与分子机理的研究，并于2007年开始了对NAT家族蛋白的研究，首先选取了大肠杆菌尿嘧啶-质子共转运蛋白(Uracil:proton Symporter)UraA这一该家族代表性成员作为研究对象，利用现代结构生物学的方法，终于在2010年4月首次获得了UraA与底物尿嘧啶高达2.8埃的高分辨率三维精细结构。通过对三维晶体结构的分析，惊喜地发现：在拥有由14个跨膜片段形成的两个反向重复序列的UraA蛋白中，存在着一种全新的蛋白折叠形式！在第3号和第10号跨膜片段间存在着一对反向平行的beta-折叠片，它们在蛋白结构的维持和蛋白底物的识别中发挥了重要作用。这一发现基本颠覆了一直以来对于膜整合蛋白结构的认知。过去25年的膜蛋白结构生物学研究似乎表明，膜整合蛋白的跨膜区或者只有alpha螺旋，或者只有beta折叠。唯一的例外是S2P蛋白，其在膜边缘处还有三个beta折叠，由于是出于蛋白边缘，还一度被专家质疑是否是由于体外结晶造成的结构变相。而UraA的结构毫无疑义地证明这alpha螺旋和beta折叠两种蛋白二级结构可以在膜蛋白的跨膜区中同时存在，这已发现为研究膜蛋白的折叠和进化提供了重要线索。

进一步结构分析表明UraA在空间排布上呈现两个明显的结构域，即核心结构域和门控结构域。在已有的结构基础上，他们通过大量的体内体外生化实验进一步证明了该蛋白特殊结构的生理意义：蛋白底物尿嘧啶在跨膜转运的过程中首先被准确地定位在两个结构域之间，进而通过核心结构域和门控结构域之间的构像变化完成整个转运过程。他们还发现了在底物识别共转运中起关键作用的数个氨基酸。科研小组根据序列比较，进一步提出了NAT家族利用钠离子或质子共转运底物的分子机理。

Nature 472,243－246 (14 April 2011)

柴继杰 教授

清华大学生命科学学院

1987年毕业于大连轻工业学院获学士学位。1987年至1991年，丹东鸭绿江造纸厂助理工程师。1994年获得石油化工科学研究院硕士学位。1997年，获得协和医科大学药物研究所博士学位。1997年至1999年，中科院生物物理研究所博士后。1999年至2004年，普林斯顿大学博士后，清华大学施一公教授第一个博士后。2004年至2009年，北京生命科学研究所研究员。2009年至今，清华大学生命科学学院教授。

关注并研究在生物学及药学应用中的重要大分子结构与功能。主要通过蛋白晶体衍射的方法及一些细胞生物学、生物化学等手段阐述这些生物大分子在结构和功能上的联系。我们实验室并不局限于已建立的研究框架，还在与北京生命科学研究所的其他研究小组合作，开展联合研究项目。

一个正进行的研究方向将关注于组蛋白的共价修饰调控基因转录的分子机制，主要集中于组蛋白甲基化及去甲基化酶催化机理的研究。另外，一些调控蛋白如何特异性识别不同的组蛋白的共价修饰也属于我们的研究范围。我们另外的一个研究的领域是有关病原菌与宿主间的相互关系。在植物与动物体中，都编码一类高度保守的蛋白质——NBS-LRR蛋白。这类蛋白对动植物种的免疫反应都具有很重要的作用。但是目前我么对病原体激活这类蛋白从而引起免疫反应的分子机制了解的还很少。我们正试图通过结构生物学的方法结合生物化学手段重点研究这一问题。

BRI1识别油菜素内酯的晶体结构

在植物和动物中，受体激酶(receptor-like kinases，RLKs)介导了各种各样的细胞信号传导途径。在动物细胞中，酪氨酸受体激酶和丝氨酸／苏氨酸受体激酶的作用机理在许多报告中已被详细阐明：配体通过识别并结合细胞外受体的相应的功能区，使受体发生双聚作用，引起受体的磷酸化，从而激发其下游的一系列信号的传导。然而，对于植物来说，有关RLKs的相应研究只在最近几年才有一些突破性的工作。虽然在植物的基因组里可以推测到许多植物受体激酶基因的阅读框，但这些受体是怎样进行信号传导还不是很清楚。 在这些植物受体激酶中，最大的一类是富亮氨酸重复(leucine-rice repeats，LRRs)的受体激酶(LRR-RLKS)。在拟南芥中至少含有200多个编码这一类激酶的基因。这类LRR-RLKS参与了各种各样的生物途径，包括分生组织的生长调控，抗病性，激素信号传递，组织发育等。BRI1是LRR-RLKS家族的主要成员，过去的研究表明BRI1受体及其共受体BAK1在一种重要的植物激素油菜素内酯的识别中起重要作用。

柴继杰教授领导的科研团队报道了BRI1识别BL的晶体结构，结合生化实验提出了BRI1活化的可能机制。结构显示BRI1的胞外部分包括一个N端帽结构域、25个亮氨酸基序、一个C端帽结构域及位于21与22基序之间的岛状结构域。正如典型含丰富亮氨酸基序蛋白结构一样，这些基序串联在一起形成一个高度弯曲的螺旋管状结构，围绕中心轴旋转了360度。与其它含丰富亮氨酸基序蛋白结构有区别的是BRI1由丰富亮氨酸基序形成的螺旋管状结构异常扭曲，相对于第一个基序，最后一个基序通过右手螺旋围饶中心轴上升了60埃。另一显著的特点是在螺旋管的内侧有一个岛状结构域。以前的生化实验认为岛状结构域与临近的亮氨酸基序参与配体油菜素内酯的识别。我们的晶体结构显示岛状结构域确实参与了配体的结合，但是只有岛状结构域是不够的，其需要与临近的亮氨酸基序骨架共同构成一个可以容纳配体的小坑，受体与配体形成了很好的形状与电荷互补，BRI1蛋白与BL识别的作用力主要由疏水相互作用构成，这也可以解释为什么受体可以结合许多结构不同的油菜素内脂化合物。复合物的晶体结构也提示，油菜素内脂的七元B环上的六位酮基氧和23位的羟基对于配体的选择性是需要的。这些结构信息也有助于设计新的非油菜素内脂小分子，以达到根据需求控制植物的性状来满足人类的需要。同时，结合BL后BRI1的两段肽段发生了明显的构像变化，这些现象结合生化实验结果为BRI1受体结合BL后如何活化提供了线索。

这一结构不仅解释了BRI1是如何识别BL的，更重要的是以前人们认为，对于甾类激素例如雌激素主要是由胞浆或核内的受体识别。我们的结构揭示了一种存在于细胞膜上的全新的识别甾类激素的结构域。表明细胞膜上也可以做为甾类激素发挥作用的部位。对于哺乳动物甾类激素膜表面受体的认识也有重要启示意义。

同时，在模式生物拟南芥中有至少含有200多个富含亮氨酸重复的受体激酶（在水稻中大约有600多个），这类LRR-RLKS参与了多种多样的生物过程：调控分生组织的生长、抗病性、激素信号传递、组织发育等。BRI1晶体结构也为研究这一类蛋白提供了很好的范例。

Nature 474,472－476 (23 June 2011)

惠利健 研究员

中国科学院上海生命科学研究院

1997毕业于中国科学技术大学生物系获学士学位。2003年获中国科学院上海生命科学院上海细胞研究所博士学位。2004年至2008在奥地利维也纳Institute of Molecular Pathology (IMP)从事博士后研究工作。2008年任中国科学院上海生命科学院上海生物化学和细胞研究所研究员。

主要从事肝癌细胞研究工作。肝癌作为一个全球范围的恶性肝癌，在东南亚和中国的发生率尤其的高。在肝癌发生过程中，肝癌细胞常常产生基因的遗传改变，同时肝癌内的基质细胞也经常表现出异常的功能。MAPK信号通路的异常激活近年来被发现和许多肿瘤发生有非常重要关系。我们实验室最近的实验结果表明p38αMAPK激酶抑制了肝癌细胞的增殖，而JNK1激酶的活化促进了肝癌细胞的增殖，从而在肝癌发生中起到关键的作用。但是，对这个信号通路的具体调节和其下游基因的功能还远远没有被研究清楚。因此，我计划利用转基因小鼠模型来详细研究p38和JNK MAPK通路在肝癌细胞和肿瘤基质细胞增殖，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发生中的作用，其目的是发现激活p38通路是否可以抑制肝癌的生长，从而在未来可以设计针对p38通路的肝癌治疗药物。其次，进一步研究抑制JNK和其下游的c-Jun通路是否可以应用于肝癌治疗。这部分的工作包括发现JNK的特异性抑制剂，以及c-Jun及其下游基因在化疗药物诱导的肝癌细胞凋亡中的功能。最后，研究MAPK和AP-1基因在肝成纤维细胞中的功能，从而了解其在肝纤维化和肝硬化导致的肝癌中的作用。这个计划所得到的结果将会大大增加我们对MAPK在肝癌中作用的认识。从应用角度来讲，在这个课题中发现的抑制药物可进一步被应用于肝癌治疗的临床试验。

成纤维细胞重编程生成了成熟的肝细胞样细胞

肝移植术是目前治疗终末期肝病的重要技术，然而由于供体紧缺、免疫排斥等问题使得大量的肝病患者无法获得及时有效的治疗。绕开供体肝移植，生成患者自身的功能性肝细胞已成为了再生医学的研究热点。转分化是指成体组织细胞改变其表型的一种现象，即在一定条件下控制发育方向的转录因子表达发生改变，从而使成体干细胞或分化细胞特定的分化状态也发生改变。近年来随着体外诱导条件的不断发展及理论研究的深入，转分化技术逐渐被科学家们广泛利用到器官移植获取具有修复功能的细胞研究中，科学家们利用转分化技术已成功地诱导成体细胞重编程生成了血细胞、心肌细胞和神经细胞。然而直到目前为止对于研究者们而言利用这一技术获得肝细胞却仍是一个特殊的挑战。惠利健研究员领导的科研团队将在肝脏发育及功能中起重要作用的14种转录因子转导至获得的小鼠尾部成纤维细胞中，并对这些转录因子形成的多种组合进行了筛选。研究人员证实在转导Gata4, Hnf1α和Foxa3，抑制p19的条件下即可将成纤维细胞诱导转化为功能性iHep细胞。这些iHep细胞呈典型的上皮样形态，表达肝基因，并显示肝细胞功能。在随后的实验中，研究人员将这些iHep细胞移植到延胡索酰乙酰乙酸水解酶（Fah）基因缺陷的小鼠中。对照组小鼠仅在数周后全部死亡，而接受iHep细胞移植的12只小鼠中的5只得以存活下来。

新研究发现为研究人员获得用于肝工程及再生治疗的功能性肝细胞样细胞提供了一条新的策略。惠利健研究员表示在接下来的研究中他的研究团队将致力将这一研究成果转化到人类细胞上。

Nature 475,386－389 (21 July 2011)

徐 星 研究员

中科院古脊椎动物与古人类研究所

1969年出生于新疆。1992年获北京大学地质学系古生物与地层学专业学士学位。1995年获中国科学院古脊椎动物与古人类研究所（IVPP）古脊椎动物学专业硕士学位，并留所从事研究工作。2001年在美国纽约自然博物馆从事短期研究工作。2002年获古脊椎动物与古人类研究所古脊椎动物学专业博士学位。2003年起任古脊椎动物与古人类研究所研究员。

2001年，获国家杰出青年基金资助，并入选美国国家地理学会丰田计划，成为全球11位入选科学家之一。2003年，获得中科院首届杰出科技成就奖（集体，排名第二）。2004年，入选新世纪百千万人才工程国家级人选。2005年，获得全国优秀博士学位论文和马塔切纳基金会授予的马塔切纳青年优秀论文奖。2007年，获得中科院第九届杰出青年。2007年，获得第十届中国杰出青年科技奖，并获得中科院杰出青年称号。

主要从事中生代恐龙化石及相关地层学的研究工作，研究工作涉及分类学、系统学、形态功能学、古动物地理学和骨组织学等诸多领域。在分类学方面，已发现和命名恐龙新属种达30余种，包括世界上已知最早的暴龙类、镰刀龙类、窃蛋类、伤齿龙类、驰龙类以及角龙类的化石，世界上第一个保存睡眠信息的恐龙标本，世界上最小的甲龙标本，世界上最小的成年非鸟兽脚类恐龙标本，世界上最早的虚骨龙类化石和世界上最早的保存羽毛的非鸟恐龙化石。在暴龙类、镰刀龙类、窃蛋类、伤齿龙类、驰龙类以及角龙类等许多类群的形态学、分类学、发育学、系统学以及形态功能学等方面的工作分别代表这些研究方向近年来最重要的成果之一。

中国发现的类始祖鸟兽脚龙及鸟翼类的起源

始祖鸟于1861年被命名。标本发现于德国索伦霍芬地区晚侏罗世时期沉积的地层中。作为最原始也是最古老的鸟类，始祖鸟从一开始发现就成为了进化论研究的标志性物种。在过去的150年中，有关始祖鸟的研究从没间断，有关于始祖鸟的飞行能力、生态行为，甚至一些形态特征一直存在着争论，但作为最原始鸟类的地位几乎没有受到质疑，一直处在鸟类起源研究的核心位置。

不久前，徐星等人在我国辽西地区发现了大约1.6亿年前沉积地层中产出的一件小型恐龙标本。研究者们基于这件标本命名了“郑氏晓廷龙”。 郑氏晓廷龙重约800克，代表迄今发现的最小的小型兽脚类恐龙之一。它的锥形齿以及长而粗壮的前肢与原始鸟类极为相似，它特化的足部具有恐爪龙类所有的特化第二趾，它的后肢发育长长的飞羽，呈现出典型的四翼状态。研究者发现，郑氏晓廷龙代表与生存于德国侏罗纪晚期的始祖鸟亲缘关系非常近一种小型兽脚类恐龙。基于近年来发现于中国的大量小型兽脚类恐龙和早期鸟类标本上提供的新信息，尤其是来自郑氏晓廷龙的新信息，结合始祖鸟形态分析，徐星等人对似鸟恐龙和早期鸟类的系统发育关系进行了重新分析。分析结果令人非常意外：他们的研究显示始祖鸟不属于鸟类，而是原始的恐爪龙类。恐爪龙类是一类与鸟类亲缘关系很近的恐龙，分布范围很广，从侏罗纪中晚期的亚洲到白垩纪晚期的南美洲和非洲。

Nature 475, 465－470 (28 July 2011)

图4. 郑氏晓廷龙在虚骨龙类中系统进化位置。

虚骨龙类（Coelurosauria）又名空尾龙类，是群多样性的兽脚亚目恐龙，包含许多次演化支，例如：暴龙超科、似鸟龙下目、以及手盗龙类（也包含鸟类）。虚骨龙类的范围为：兽脚亚目中，所有亲缘关系接近鸟类，而离肉食龙下目较远的物种。目前的有羽毛恐龙几乎都属于虚骨龙类，使许多科学家认为大部分虚骨龙类拥有某种程度的羽毛。

鸟翼类（Avialae）又名初鸟类，美国Gauthier于1986年建立，用以作为现生鸟类及与其更为接近的所有鸟类的总称。有不少学者认为，由于始祖鸟被视作原始鸟类已经有100余年了，因此最好还是将始祖鸟、现生鸟类以及它们最近的共同祖先都包含在鸟纲之内；同时将新鸟类（Neornithes）定义为现生鸟类类群。后一种观点将鸟翼类定义为一个基干类群单元，它包括新鸟类以及那些与它们亲缘关系更为接近而与恐爪龙下目关系更远的类群。在这种情况下，鸟翼类与恐爪龙下目构成一组基干姐妹群关系。

章晓中 教授

清华大学材料科学与工程系 清华大学先进材料教育部重点实验室副主任

1982年1月在复旦大学物理专业（77级）获学士学位。1984年10月在上海交大固体物理专业获硕士学位。1985年至1989年获国家公费奖学金在牛津大学材料系攻读博士学位。1989年获牛津大学博士学位。1989年至1992年，在英国皇家研究院任博士后研究员。1992年至1999年，在新加坡国立大学物理系做教师，历任研究员、讲师、高级讲师。1999年8月回国后被聘为清华大学材料科学与工程系的外籍教授、博导。1999年至2006年，担任清华大学电子显微镜实验室主任，清华大学材料院中心实验室副主任。目前担任先进材料教育部重点实验室副主任、全国纳米技术标准化技术委员会副主任委员、中国分析测试协会咨询委员会委员、全国微束分析标准化技术委员会顾问。

主要在自旋电子学材料与器件、多铁性材料、碳材料、太阳能电池材料领域进行研究。

硅的低场磁电阻的几何增强

磁传感器是一种可以将各种磁场及其变化的量转变成电信号输出的装置，广泛应用于社会生活的方方面面，如探测、采集、存储、转换、复现和监控各种磁场和磁场中承载的各种信息，世界上用的最多的磁传感器就是计算机用的读出磁头。可以说，它已经成为信息技术和信息产业中不可缺少的基础原件。随着信息产业、工业自动化、交通运输、电力电子技术、家用电器等的智能化和进一步发展，磁传感器的应用有着无限的空间。以前磁传感器一直用磁性材料和稀土材料制作，由于近年来稀土价格暴涨，研究人员一直在寻找便宜的替代材料。

早些时候，人们在一些非磁性半导体中发现了由非均匀性导致的异常巨大的磁电阻效应（IMR）和线性的磁场依赖关系，因而激起了人们极大的研究兴趣。理论研究认为材料中载流子迁移率的波动导致了IMR。法国科学家艾尔伯·费尔和德国科学家皮特·克鲁伯格就因发现巨磁电阻效应而获得2007年度诺贝尔物理奖。

章晓中研究组的研究表明在掺杂浓度极低的硅中，可通过少数载流子注入的方式引入迁移率的空间非均匀性，从而增强IMR效应。经由少子注入，施加一定的电流，可以在硅中产生了一个少子区和多子区的边界（一个动态的p-n结）。在这个边界附近，载流子迁移率的波动被放大，因此磁电阻也得到了极大的增强。利用这一原理，章晓中教授研究组设计了一种硅基IMR的原型器件(图1(a))。通过调控器件的几何结构，这种器件的室温磁场灵敏度显著增强，在0.07特斯拉和0.2特斯拉下分别实现了10%和100%的磁电阻（图1(b)和(c)），接近了商用巨磁阻(GMR)器件的水平。随着器件的微型化和结构优化，器件性能还能继续提升。

这种兼具低场灵敏度和巨磁电阻效应的硅基IMR器件可以覆盖从0.05特斯拉到至少数特斯拉的磁场范围，因而对磁传感器工业具有非常大的吸引力。特别是考虑到该器件是基于传统的半导体硅材料，因而这种器件还可以很方便地集成到传统的硅基微电子工业中，从而推动传统金属基磁电子学向半导体基磁电子学特别是向硅基磁电子学的升级。目前磁传感器/读出磁头由磁性金属材料制造，逻辑控制部件由硅制造，今后采用硅基磁电阻器件，传感器和控制部分可以集成在同一个硅片上。更进一步，考虑到硅是目前制备太阳能电池的主流材料，还可以在同一硅片上制备一个太阳能电池，从而制备出不用外接电源的自驱动磁传感器。硅基IMR器件的发明将对目前的磁传感器和磁存储工业带来革命性的变化。

Nature 477, 304－307 (15 September 2011)

图5. 硅基IMR器件的结构和它的磁阻与几何结构W/L的关系（a）; 强磁场(b)和低磁场(c)下硅样品的电阻与磁场的依赖关。

邵 峰 高级研究员

北京生命科学研究所

1996年，毕业于北京大学技术物理系获应用化学专业学士。1999年获中国科学院生物物理所分子生物学硕士。2003年获美国密西根大学医学院生物化学博士。2003年至2004年，美国加洲大学圣地亚哥分校医学院博士后。2004年至2005年，哈佛大学医学院博士后。2005年至2009年，北京生命科学研究所研究员。2009年至今，北京生命科学研究所高级研究员。

研究兴趣集中在病原细菌感染宿主和宿主先天性免疫防御的分子机制。对于细菌感染来说，通过特殊的分泌系统向宿主细胞中注入毒素效应蛋白是病原细菌普遍采用的重要致病机制。这些效应蛋白往往以非常有效的方式作用于宿主信号转导中的关键分子，使其发生功能紊乱。效应蛋白的作用有利于细菌在宿主中的生存和进一步感染。我们的研究以多种临床上常见的病原菌（Shigella, Salmonella, Enteropathogenic E. coli, Legionella 以及Burkholderia）为模式，着眼于发现并揭示效应蛋白在抑制真核细胞重要信号转导通路中的一些新的、较为普遍的生物化学机制。

NLRC4炎性受体由鞭毛蛋白分子和三型分泌系统组装

革兰氏阴性致病菌的鞭毛系统和三型分泌系统都是具有通道结构的分子转运系统，且在进化上有相关性。前者的主要功能是负责细菌的运动。而后者通过向宿主细胞内分泌毒力效应蛋白，从而干扰或阻断宿主中重要的信号转导通路，是细菌致病的重要机制。同时，宿主的免疫系统也已发育出多个层次的防御机制；主要分为先天性免疫和获得性免疫。巨噬细胞作为先天性免疫的重要组成部分在识别和感受来自病原菌的分子、进而拮抗和清除病原菌感染中发挥着重要作用。

炎症小体（inflammasome）是继Toll样受体介导的先天性免疫反应信号通路后、最近几年刚刚发现的又一个主要存在于巨噬细胞中的重要免疫感受和激活的信号通路。炎症小体被认为是由一类存在于细胞内的NOD样受体分子介导组装。炎症小体在感受到来自病原菌的信号分子后，通过激活炎症性caspase-1，进而导致白介素（IL-1β和IL-18）等炎症因子的成熟和分泌以及一种称为“pyrotosis”的特殊细胞死亡的发生。炎症小体的激活为机体提供对致病菌的抵御作用。此前的研究仅仅知道个别NOD样受体分子（比如NLRC4）对于感受特定的病原菌分子（如鞭毛蛋白分子）是必不可少的，但还未有任何NOD样分子被证明为具有受体的功能，在激活炎症小体信号通路中起作用。

邵峰研究员领导的科研团队报道了一类叫做NAIP的、具有BIR结构域的新型NOD样受体分子，并首次证实了这类分子具有受体的功能，可以直接识别和结合来自病原菌的不同配体分子。小鼠的基因组编码7个NAIP家族的蛋白分子，其中4个（NAIP1, NAIP2,NAIP5和NAIP6）在通常使用的实验小鼠品系有表达。该文章通过大量的生物化学和细胞生物学的实验证明了NAIP5以及和NAIP5最为相似的NAIP6能够特异性识别并直接结合病原菌的鞭毛蛋白分子，从而通过和NLRC4发生进一步相互作用进而激活Caspase-1和炎症小体介导的巨噬细胞先天性免疫反应。利用噬肺军团菌以及沙门氏菌的遗传敲除和感染的实验，他们也证明了NAIP5在巨噬细胞感受鞭毛蛋白分子进而激活caspase-1炎症信号通路中必不可少的作用。

邵峰小组还发现NAIP2具有和NAIP5类似的，作为受体分子介导NLRC4炎症小体组装和激活的功能，但NAIP2并不识别鞭毛蛋白，而是特异性识别三型分泌系统的基座组成蛋白分子(rod component)，进而和NLRC4组装成活性的炎症小体。这种由NAIP2介导的炎症小体的激活在巨噬细胞感受和拮抗肠致病大肠杆菌和沙门氏菌的感染中起到重要的作用。与小鼠不同的是，人的基因组只编码一个NAIP家族分子（hNAIP）。他们发现人源的巨噬细胞对鞭毛蛋白和三型分泌系统的基座蛋白分子都没有响应，却对一种叫做紫花色杆菌（Chromobacterium violaceum）的病原菌感染有很强的反应，进一步通过对紫花色杆菌的遗传敲除分析，邵峰小组的研究人员发现紫花色杆菌引起的炎症小体的激活是由于人的hNAIP也可以作为受体分子特异性识别三型分泌系统的另外一个用于形成通道的“Needle”蛋白分子。进一步的实验发现，和基座蛋白分子一样，很多来自不同病原菌的三型分泌系统的“Needle”蛋白分子都具有刺激炎症小体介导的先天性免疫反应的活性。这项研究首次确立了小鼠的NAIP5分子是感受和识别病原菌鞭毛蛋白分子的胞内免疫受体，同时也确立了整个NAIP家族的NOD样蛋白分子是一类普遍的可以感受不同病原菌分子、进而激活由NLRC4介导的炎症小体的受体分子。另外，这项研究工作也明确提出了病原菌三型分泌系统本身也是一类会被宿主免疫系统感受的病原菌模式分子（pathogen-associated molecular patterns, PAMP），不同的三型分泌系统组成分子分别由不同的NAIP家族受体分子所识别。该研究成果也预示其它的NAIP家族成员很可能是识别其它类似病原菌分子的炎症小体受体分子。整个研究工作对深入理解和揭示炎症小体介导的先天性免疫信号通路的机制有着重要的指导意义和极大的推动作用。

Nature 477,596－600 (29 September 2011)

徐国良 研究员

中国科学院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所

1985年毕业于杭州大学（现浙江大学)生物系获学士。1989年获中国科学院遗传所硕士学位。1993年获德国马普分子遗传学研究所博士学位。1993年1994年，德国马普分子遗传学研究所博士后。1994年至1995年，新加坡国立大学生命科学中心实验室主任。1995年至2000年，美国哥伦比亚大学遗传发育系博士后。2000年至2001年，美国哥伦比亚大学医学系，博士后。2001年至2006年，任中国科学院与德国马普学会国际合作青年科学家小组组长。2002年入选中科院“百人计划”，并获得“国家杰出青年科学基金”。

主要从事动物发育(包括胚胎与成体干细胞分化)过程中DNA甲基化及组蛋白修饰在基因表达调控中的作用及其分子机理的研究。多细胞生物的个体发育是一个复杂而奇妙的过程，从最原始的一个受精卵细胞发育成由不同细胞类型组成的个体，细胞的多样性在时间与空间上被体现出来。而这些不同细胞类型的大部分基因序列并没有改变，那么各种基因是如何实现时间空间上的表达调控等问题成为了后基因组学时代重大的科学研究问题。以染色质共价修饰为主要标志的表观遗传学(epigenetics)，基于其不改变基因序列而引起可遗传的基因转录调控理论，为解决这一科学问题提供了一个新的研究方向。

越来越多的研究显示，包括肿瘤与神经退行性疾病在内的所有人类疾病，都是遗传和环境因素共同作用的结果，其中环境因素的作用占有非常重要的地位。表观遗传网络作为整合细胞内外环境因素与基因组遗传信息的媒介，直接调控基因表达，决定细胞增殖、分化与功能特化，在正常的生命活动中起到不可或缺的作用。表观遗传学研究因其作用广泛、影响深远，已经引起了越来越多的重视并成为目前生命科学研究中炙手可热的领域。

采用生物化学、细胞生物学和遗传学（包括基因组学）相互依托的实验手段致力于探索：DNA甲基化谱式是如何在胚胎发育早期建立起来的？是否存在新的碱基修饰形式？胚胎干细胞与成体干细胞自我更新与分化是如何达到平衡的？哪些因素导致了 这一平衡的改变而导致肿瘤和疾病发生？对表观遗传信息调控的研究将有助于了解生长发育与疾病发生发展的分子机理，为维护人类健康尤其是再生医学的技术开发提供理论依据。

Tet3 DNA双加氧酶在卵细胞重编程中的作用

受精是精子和卵细胞融合为一个合子（受精卵）的过程，是动物个体发育的起点。然而，受精并不是简单的精卵结合。为了形成一个具有发育全能性的早期胚胎，卵细胞需要对来源于精子的父本基因组进行一系列的重编程（reprogramming），其中最为重要的一项就是基因组DNA的去甲基化。这种在合子中，父本基因组上的特异去甲基化为何发生以及怎么发生，一直是表观遗传学领域重要的有待解释的问题之一。

徐国良研究员领导的科研团队发现，卵细胞来源的母源因子Tet3加氧酶负责父本基因组DNA胞嘧啶甲基的氧化修饰，从而启动DNA的去甲基化，进一步激活Oct4和Nanog等全能性基因的表达。卵细胞内特异性敲除Tet3的母鼠生育力显著下降，其大部分胚胎在着床后发生退化，被母体吸收。此外，Tet3在动物克隆过程中对移入卵细胞的供体细胞DNA的重编程也发挥着重要的作用。这一发现提示，动物克隆和自然受精过程很可能采用了同样的重编程机制。该研究成果使人们对早期胚胎发育中的重编程过程有了更清晰的认识，也为提高动物克隆效率带来了新的理论依据，有可能在分子机制上为不孕不育症提供新的诠释。

Nature 477,606－610 (29 September 2011)

图6. Tet3缺乏会影响胚胎发育。

王 俊 教授

深圳华大基因研究院

1977年生。1997年毕业于北京大学。2002年获得北京大学生物信息学博士学位。1999年至今从事基因组学，生物信息学研究，组织实施了家蚕、家鸡、家猪、水稻、炎黄等多个重大基因组计划，在基因组组装，基因注释，比较基因组，基因进化，表达分析等方面取得多项研究成果。2008年获国家杰出青年基金，先后获得“中国科学院杰出科技成就奖”、“中丹合作科学奖”，“新世纪百千万人才工程国家级人选”、“中国科学院重大创新贡献奖”等多项荣誉。现任华大基因执行总裁、深圳华大基因研究院常务副院长，丹麦奥胡斯大学人类遗传学研究所/南丹麦大学人类遗传学生化及分子生物学系、北京大学生命科学学院客座教授。

张国捷 博士

深圳华大基因研究院科学系副主管

深圳华大基因研究院比较基因组学与演化生物学中心主管

2004年毕业于厦门大学生命科学学院。2005年考入中国科学院昆明动物研究所中德马普进化基因组学小组进行研究生学习。

主要从事生物信息学方向相关课题的研究，借助生物信息学手段对基因组数据进行分析,希望在基因组水平上了解生物进化过程中其结构与功能单元产生的机制及选择的作用。

基因组分析揭示裸鼹鼠长寿的生理机制

由韩国梨花女子大学和华大基因共同主导完成的裸鼹鼠基因组公布。该研究首次从基因组、转录组水平上对裸鼹鼠奇特的生物学特性进行了诠释，不仅有助于科学家们更加清楚地阐明裸鼹鼠能在黑暗、低氧等恶劣环境中生存并且能够保持长寿和抗癌的生理机理，同时对促进其他生物学和生物医学研究也具有十分重要的意义。

裸鼹鼠是一种分布于东非部分地区的挖掘类啮齿目动物，也是目前仅有的两种真社会性哺乳动物之一（另一种是达马拉兰鼹鼠）。它们居住在地下洞穴，全身无毛，牙齿外突，状如香肠，是世界上最丑陋的动物之一。由于它们终生生活在黑暗的地下，眼睛高度退化，几乎完全丧失了视觉，仅依靠身体两侧的触须来辨认方向。裸鼹鼠虽属哺乳动物，但是它们却像冷血动物一样，通过与环境的热交换来调节体温，这种现象在哺乳类动物中实属罕见。科研人员采用新一代测序技术对一只雄性裸鼹鼠进行测序、组装和注释，判断出裸鼹鼠的基因组大小约为2.6Gb，并预测其含有22,561个基因。通过研究分析发现，裸鼹鼠和大鼠、小鼠的祖先约在7300万年前分化，其基因组有93%的区域与人或大鼠、小鼠保持较好的共线性关系。同时，研究人员利用比较转录组的方法，研究了不同年龄之间、暴露在不同氧气浓度下的裸鼹鼠的转录表达差异，鉴定出一批可能与衰老、低氧适应有关的基因。

研究人员发现，TERT等衰老调控基因的稳定表达，可能与裸鼹鼠的长寿相关；p16Ink4a与p19Arf的独特调控机制可能是裸鼹鼠抗癌的重要因素；HIF1a和VHL的特异突变可能是裸鼹鼠具有低氧耐受性的原因之一。此外，研究人员还发现在裸鼹鼠基因组中有200多个基因发生了功能缺失，其中有10多个基因与视觉相关，这可能与裸鼹鼠视力的退化有重要关系。这些基因的缺失为研究人员从分子水平上深入探讨裸鼹鼠视力退化、体温调节发生障碍、无疼痛感、无毛等奇特生物适应性退化研究奠定了坚实的科研基础。

Nature 479,223－227 (10 November 2011)

图7. UPC1基因序列独特变化及其在体温调节中的作用。