世界一流科技期刊文章精选

生命科学

长非编码RNA种属特异性加工决定其功能差异

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）陈玲玲研究组发现长非编码RNA在不同物种来源干细胞中的特异性加工是其发生适应性功能变化的重要机制，为深入理解长非编码RNA的功能及进化提供了新思路。研究成果发表于Cell。这项最新研究通过分离人、鼠胚胎干细胞细胞核和细胞质来源的RNA结合高通量测序分析，首次发现人、鼠胚胎干细胞中长非编码RNA的加工及亚细胞定位存在显著差异。研究详细解析了其中一个新型的长非编码RNA——hFAST维持人胚胎干细胞自我更新的分子机制。进一步结合生物信息学分析预测和实验验证筛选到了调控它们不同定位的关键因子PPIE。

长非编码RNA非保守的加工和定位决定其在不同物种来源干细胞中的不同功能（图片来源于中国科学院生物化学与细胞生物学研究所网站）

吃鸡蛋过多或过少均不利于健康

国家心血管病中心、中国医学科学院阜外医院的研究团队研究揭示我国成年人每周食用3～6个鸡蛋为宜。研究成果发表Science China Life Sciences（《中国科学：生命科学》）。研究发现，鸡蛋摄入量与心血管疾病（冠心病、脑卒中等）及总死亡风险间的关联呈现U形关系。每周吃3～6个鸡蛋的人，心血管疾病及总死亡风险最低。相比较，每周吃鸡蛋不足1个的人，心血管疾病及总死亡风险分别升高22%和29%；而每周吃10个或以上鸡蛋的人，相应的风险则分别升高39%和13%。此外，鸡蛋摄入量对于不同类型心血管疾病的影响有所不同。鸡蛋吃得太少容易发生出血性脑卒中，而吃得过多冠心病和缺血性脑卒中发生的可能性更大。

干细胞谱系自我维持新机制

中国科学院遗传与发育生物学研究所焦雨铃课题组发现STM基因的自激活是维持干细胞谱系的关键。研究成果发表于Current Biology。通过大量筛选突变体，得到一个侧芽起始具有明显缺陷的突变体，其叶腋处无法维持正常STM表达，叶腋处细胞逐步分化。因此，该突变体中导致表型的ATH1基因是维持STM表达和脱分化细胞状态的关键基因。ATH1基因编码的转录因子，与STM所编码的转录因子存在蛋白互作。实验表明，ATH1可以直接结合STM基因位点，并且ATH1对STM基因的激活作用显著依赖于STM蛋白本身。基于上述结果，得到一个依赖于ATH1蛋白的STM自激活调控回路。

新冠肺炎住院患者心肌损伤发生率19.7%

武汉大学人民医院心血管内科黄从新教授团队开展了新冠肺炎住院患者心肌损伤与死亡的关系研究。研究论文发表于JAMA Cardiology。该研究连续入选了2020年1月20日至2月10日在武汉大学人民医院住院治疗、检测了心肌酶谱的416例新冠肺炎患者，分析了心脏指标与预后的关系，研究结果显示，新冠肺炎住院患者心肌损伤发生率为19.7%。心肌损伤的出现预示着院内死亡增加3～4倍。合并心肌损伤的患者院内死亡率高达51.2%，而非心肌损伤患者死亡率只有4.5%。心肌损伤的出现可能预示着新冠肺炎患者院内死亡风险增加3～4倍。研究结果为新冠肺炎患者的临床诊疗提供了重要证据。

绘制首个人类细胞图谱

浙江大学医学院郭国骥教授团队与合作者绘制成功了首个人类细胞图谱。研究成果发表于Nature。研究团队对60种人体组织样品和7种细胞培养样品进行了Microwell-seq高通量单细胞测序分析，系统性地绘制了跨越胚胎和成年两个时期、涵盖八大系统的人类细胞图谱。概括地说就是人体细胞数字化，能够用数字矩阵描述每一个细胞的特征，并对它们进行系统性的分类。研究定义了许多之前未知的细胞种类，还发现了一些特殊的表达模式。该研究从单细胞水平上全面分析了胚胎和成年时期的人体细胞种类，研究数据将成为探索细胞命运决定机制的资源库，研究方法或可对人体正常与疾病细胞状态进行鉴定。

一张单细胞水平的人类细胞图谱（图片来源于浙江大学求是新闻网）

肿瘤细胞如何适应新的小分子药物并维持细胞内稳态的分子机制研究

北京理工大学生命学院杨勇飞课题组和军事医学研究院陈薇课题组合作，揭示了泛素化连接酶Nedd4通过特异性识别并降解线粒体通道蛋白VDAC2/3降低黑色素瘤细胞对铁死亡小分子诱导剂erastin敏感性的分子机制。研究论文发表于Nature Communications。erastin通过诱导ROS应答转录因子FOXM1激活神经元前体细胞表达发育下调4（Nedd4）的表达。Nedd4是真核生物HECT结构域E3连接酶家族的重要成员。Nedd4通过其WW结构域与VDAC2/3的PPxY序列结合并促进VDAC2/3降解，降低癌细胞对erastin的敏感性。通过抑制Nedd4和FOXM1的表达，减少VDAC2/3蛋白质降解的方法，可增加癌细胞对erastin的敏感性。

线粒体自我功能修复的新机制

中国科学院广州生物医药与健康研究院刘兴国课题组揭示了一种OPA1外显子4b介导的不依赖于线粒体融合的全新线粒体功能修复机制，并发现这一类剪接体在肝癌中有助于线粒体代谢转变。研究成果发表于Frontiers in Cell and Developmental Biology。OPA1的外显子之一4b不依赖于线粒体之间的融合，直接调控线粒体呼吸而恢复自我能量供给。OPA1外显子4b调控线粒体DNA类核的结构，特异结合线粒体DNA的D-loop区来调控其转录，修复电子传递链，最终恢复线粒体呼吸功能。含有OPA1-Exon4b的剪接体蛋白在肝癌细胞中的表达特异下调，导致肿瘤糖代谢Warburg效应中线粒体能量供给下降。

人源七聚体Pannexin 1通道的冷冻电镜结构

复旦大学生物医学研究院王磊课题组，与中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）竺淑佳课题组，以及中科院上海药物所余学奎课题组合作，解析了人源Pannexin 1通道的结构与功能。相关论文发表于Cell Research。通过真核细胞重组表达纯化了人源野生型Pannexin 1蛋白。用单颗粒冷冻电镜解析了3.2埃分辨率的人源野生型PANX1三维结构，并揭示其七聚体的组装形式，完全不同于之前领域内普遍认为Pannexin 1是六聚体通道的结论。通过结构的分析，研究人员进一步解析了ATP通透的限制性位点，揭示了胞外端74位的色氨酸形成一个直径小于10埃的门控环。

认识星球

等离子体层顶表面波震荡磁层和极光

中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理院重点实验室魏勇研究员等与国家卫星气象中心张效信研究员、北京大学濮祖荫教授、宗秋刚教授，山东大学史全岐教授等合作，结合我国风云三号卫星广角极光成像仪极光图像、国际卫星遥感和就位探测数据及地磁台站数据（涉及9颗不同轨道卫星和2个地磁台站系统），发现了PSW证据，证明了极光边界波动（命名为“锯齿极光”）是PSW的光学表象。研究论文发表于Nature Communications。此项工作发现PSW激发了向外传播的ULF波，PSW驱动的锯齿极光在磁暴期间的发生频率高于90%，表明这一物理过程是磁暴期间的常态。

等离子体层顶表面波和锯齿极光（图片来源于中国科学院地质与地球物理研究所网站）

表面波（a、d-f、g-i）和关联的锯齿极光（b-c）观测证据（图片来源于中国科学院地质与地球物理研究所网站）

土壤稀有物种与生态系统功能多样性之间的关系

中国科学院城市环境研究所朱永官团队与中国农科院合作，系统地分析了土壤细菌、真菌的多样性与土壤生态系统多功能性之间的关系。研究论文发表于Soil Biology&Biochemistry。土壤是地球上生物多样性最高的栖息地，其中最活跃的成分是土壤微生物，1克土壤中包含4亿～20亿个原核生物、数十万真菌孢子及数万原生动物。土壤微生物是全球生物地球化学循环的重要驱动因子，在维持生态系统功能和服务（多功能性）方面起着重要作用。研究结果表明细菌和真菌的阿尔法多样性与土壤生态系统多功能性显著相关，此外，随机森林模型显示土壤中的稀有物种（相对丰度低于1%）所起的作用远高于其在土壤中所占的比例。

全球黄金航道的可持续性

北京大学环境科学与工程学院倪晋仁课题组提出了黄金航道的概念和识别方法，并构建了全球黄金航道可持续性的综合评价体系。研究论文发表于Nature Communications。尽管世界大河所处自然环境和社会经济发展阶段不同，但全球黄金航道发展路径都遵循“启动—加速—趋稳”三阶段发展模式。这意味着目前仍处于欠发达或发展中的国家，在其航道开发过程中将面临发展路径选择的机遇与挑战。基于发达国家航道发展历程中的经验与教训，论文指出了黄金航道合理开发的阈值，即航道开发度不宜超过80%。在此基础上，研究进一步揭示了开发阈值所蕴含的生态制约内涵，阐释了对应于开发阈值的各类生态指标阈值。

干旱区荒漠河岸林对气候变化的敏感性研究进展

中国科学院新疆生态与地理研究所荒漠与绿洲生态国家重点实验室研究员陈亚宁团队以塔里木河下游荒漠河岸林关键建群种胡杨为例，通过分析1957—2015年间胡杨树木生长与气象因素（气温和降水）的关系，解析胡杨长期生长过程中对气候变化的敏感性。研究论文发表于Ecological Indicators。当地下水埋深＜7米时，降水可以有效地促进干旱区荒漠河岸林树木的生长，但当地下水埋深＞7米时，降水对荒漠河岸林的生长并没有显著的影响。当地下水埋深＜6米时，未来气温升高可以显著地促进干旱区荒漠河岸林植物的生长，而当地下水埋深＞6米时，未来气候变暖反而将加剧干旱区荒漠河岸林的衰败。

认识星球

低维材料中观测到可调控的切伦科夫辐射现象

上海交大物理与天文学院史志文课题组研究了在低维材料异质结构中观测到可调控的声子极化激元切伦科夫辐射现象。研究论文发表于Nano Letters。该研究利用红外扫描近场光学显微镜，在六方氮化硼（hBN）与银纳米线的简单异质结构中，观测到了可调控的切伦科夫辐射，并实现了深度亚波长尺度下对极化激元发射和传播的精确控制。当改变激发光的偏振方向时，银纳米线中的等离子体激元模式会出现传播模式和局域模式的转变。该低维材料系统中的切伦科夫辐射角度，可以通过改变激发光波长或六方氮化硼材料的厚度来调控，所观测到的切伦科夫辐射角可以用切伦科夫物理定量地描述。

（A）切伦科夫辐射原理示意图；（B）扫描近场光学显微镜探测声子极化激元切伦科夫辐射示意图；（C）实验观测到的切伦科夫辐射声子极化激元近场光学图像。标尺长度为2 μm。（图片来源于上海交通大学新闻学术网）

切伦科夫辐射对激发光偏振方向的依赖。（A、B、C）激发光偏振平行于纳米线，激发出沿纳米线传播的表面等离激元波，该等离激元波传播速度远大于六方氮化硼（hBN）衬底中声子极化激元波的传播速度，因此辐射出切伦科夫声子极化激元。（D、E、F）当激发光偏振垂直于纳米线时，无法激发纵向传播的等离激元，因此也无法激发切伦科夫辐射。（图片来源于上海交通大学新闻学术网）

高红移亚毫米波星系的星际介质和恒星形成性质

中国科学院云南天文台丽江天文观测站研究员赵应和与国内外合作者利用大型（亚）毫米波望远镜ALMA的观测数据，对红移z＝4.755的亚毫米波星系——LESS 073中的一氧化碳中阶转动发射线（能级J从7到6，记作J＝7-6）进行研究，揭示其中的星际介质和恒星形成性质。研究论文发表于The Astrophysical Journal。LESS 073在红外波段发出的总光度约为太阳光度的6万亿倍，尘埃温度约为58开尔文（约-215摄氏度），SFR约为每年760个太阳质量，总分子气体质量约为太阳质量的330亿倍，这意味着按照当前的SFR，其中的气体将在4300万年内消耗完。

利用太平洋年代际振荡信号提高未来15～30年南亚夏季降水变化的预测准确度

中国科学院大气物理研究所周天军研究员团队联合美国纽约州立大学奥尔巴尼分校、德国马普气象研究所等科学家研究发现，如果在预测未来15～30年的南亚夏季风降水变化时充分考虑太平洋年代际振荡（IPO）的位相变化，则能够有效减少预测结果的不确定性，提高预测结果的可信度。研究论文发表于Science Advances。IPO是指存在于太平洋海温的一种20～30年准周期的年代际振荡现象。尽管温室气体等人为辐射外强迫使南亚夏季风降水增加，但如果伴有IPO位相由负转正，则降水增加的概率将会被降低，同时印度半岛出现极端变干（湿）的概率将会增大（减小）；反之，印度半岛出现极端变湿（干）的可能性也将会增大（减小）。

北极地区甲烷净排放量研究

中国科学院深海科学与工程研究所地外海洋系统研究室研究员刘翠艳与合作者开展了北极地区甲烷净排放量研究。研究论文发表于Nature Climate Change。将最近在北极矿物土壤中发现的高亲和力甲烷氧化菌（HAMs；甲烷氧化细菌）和产甲烷菌的动力学整合到包含永冻层土壤有机碳动力学的生物地球化学模型中。新模型预测，由于永冻层中的有机碳在较暖和的气候下会更容易被微生物降解，在2017年至2100年之间湿地甲烷排放量将增加一倍。但是，高地冻土由HAMs主导的甲烷汇强度同时也在增加，抵消了大部分湿地甲烷的排放，令北极地区甲烷净排放量仅增加18%。预计北极地区甲烷净排放量可能会进一步降低。

动物世界

灵长类动物卵巢衰老的分子标记物被揭示

中国科学院动物研究所刘光慧研究组和曲静研究组与北京大学汤富酬研究组及美国索尔克（Salk）研究所Juan Carlos Izpisua Belmonte研究组等合作，绘制了食蟹猴卵巢的单细胞衰老图谱，同时利用人类卵巢细胞研究体系，发现增龄伴随的抗氧化能力的下降是灵长类卵巢衰老的主要特征之一。研究论文发表于Cell。文章报道了非人灵长类器官衰老的高精度单细胞转录组图谱研究，揭示细胞类型特异性的氧化还原调控的失稳是包括人类在内的灵长类卵巢衰老的共性分子机制。加深了对卵巢组织结构增龄性变化的认识，解析了衰老过程中不同卵巢细胞类型的易感性及易感分子，提供了灵长类卵巢衰老的潜在调控靶标信息。

灵长类卵巢衰老高分辨率分子图谱研究（图片来源于中国科学院动物研究所网站）

Cell杂志将该研究作为封面故事（图片来源于中国科学院动物研究所网站）

转基因猕猴与部分自闭症患者的脑功能网络异常相似

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、上海脑科学与类脑研究中心王征研究组发现转基因猕猴与部分自闭症患者的脑功能网络异常相似。研究论文发表于Journal of Neuroscience。该研究联合运用基因组学、行为学、多通道脑电以及功能磁共振成像技术对转基因猕猴系统性分析发现，MECP2基因过表达引起一连串生理事件变化，包括GABA信号通路，β频段脑电信号同步性以及脑功能网络连接异常变化，并进一步展示转基因猕猴的脑功能网络异常与小部分临床自闭症患者的磁共振脑影像结果非常相似，为非人灵长类模型未来的转化应用奠定神经环路基础。

魏氏准噶尔翼龙头骨腭区研究进展

中国科学院古脊椎动物与古人类研究所汪筱林团队关于魏氏准噶尔翼龙的头骨腭区研究最新进展发表于PeerJ。魏氏准噶尔翼龙（Dsungaripterus weii）是我国发现的第一具较完整的翼龙化石骨架，1964年杨钟健研究命名并建立了准噶尔翼龙科，当时认为这是第一次在我国发现的翼龙类化石。事实上，早在1951年，杨钟健和刘东生等在山东莱阳就发现少量破碎的可能属于翼龙的骨骼化石，后经研究证明这是我国最早发现的翼龙类化石材料。文章通过对全世界已知保存颚区的翼手龙类的17个属种化石材料对比，从内鼻孔之后的腭面骨骼相互关系和结构分析，魏氏准噶尔翼龙的腭区特征与无齿的神龙翼龙类的成员相近。

发现深海软体动物马蹄螺科一新属两新种

中国科学院海洋研究所海洋贝类分类与系统演化研究组张素萍研究员等利用整合分类学方法发现了深海软体动物马蹄螺科2个新种，并为此建立了一新属、新亚科。研究论文发表于Deep-sea Research Part 1。研究团队对海洋所历次海山航次采集的腹足类标本进行整理分类时发现了这两种形态特征独特的马蹄螺，标本分别采自马里亚纳海山（水深865m）和卡罗琳海山（水深1332m）。马蹄螺科隶属于原始腹足目、马蹄螺总科，是该总科中种类最多的一个科，包括10个亚科，近100个属，目前已报道的种类超过1000种。肋马蹄螺亚科及这些新种的发现丰富了深海马蹄螺科物种多样性研究内容。

传粉蝎蛉特化的口器形态和习性

中国科学院南京地质古生物研究所“现代陆地生态系统起源与早期演化研究团队”王博研究员和张海春研究员等人通过对白垩纪缅甸琥珀（约1亿年前）中的阿纽蝎蛉科昆虫的研究，为了解传粉和吸血昆虫的早期演化提供了新证据。研究论文发表于Science Advances。中生代存在着一类特殊的长翅目昆虫——中生蝎蛉，它们具有特化的、明显伸长的口器，被认为是被子植物大辐射之前的裸子植物的重要传粉者。研究团队发现阿纽蝎蛉科口器主要包括三个部分。在进食时，外颚叶会暂时闭合并包裹住舌，形成功能性的虹吸口器。该形态学特征表明阿纽蝎蛉科口器为下颚起源，从而否定了下唇起源的假说。

阿纽蝎蛉传粉复原图（图片来源于中国科学院南京地质古生物研究所网站）

阿纽蝎蛉科标本照片和结构复原图（图片来源于中国科学院南京地质古生物研究所网站）

TRPM8介导动物低温适应的机制研究

中国科学院昆明动物研究所杨仕隆研究员、赖仞研究员和浙江大学医学院杨帆研究员等合作，提出了TRPM8对低温的感受机制以及动物对环境温度的适应机制两种机制。研究论文发表于美国科学院院刊PNAS。通过对分布在不同栖息环境下的脊椎动物的TRPM8进行了结构和功能的多样性研究，发现TRPM8通道的冷敏感性在南极洲的帝企鹅与非洲大陆的非洲象之间存在重大差异，即帝企鹅的TRPM8冷敏感性显著低于非洲象。基于这一现象，发现突变位于该通道孔区的919位点可以在这两个物种的TRPM8通道上实现冷敏感性的可逆调控。这两种机制分别在微观与宏观层面推进了对温度感受与适应的认识。

海龙科鱼类复杂性状的适应进化机制

中国科学院南海海洋研究所林强研究员团队联合新加坡国家科技局等科研单位合作，报道了以海龙科鱼类为代表的海洋鱼类复杂性状演化的基因调控机制。研究论文发表于National Science Review。该研究将海龙科物种的胎盘与高等哺乳动物的胎盘进行趋同进化研究，从全基因组层面进行深入挖掘，发现了海龙科鱼类118个基因与胎盘类哺乳动物趋同进化，且这些基因参与了育儿袋内细胞增殖与凋亡、血管增生及胚胎发育等生命过程。海龙科鱼类是种间表型变异十分丰富的小型海洋鱼类，主要生活在海洋近岸与岛礁区域；因其特异的体型结构与“雄性育儿”繁殖策略等独特性状，被视为海洋生物进化和物种保护研究的旗舰类群。

热应激引起我国北方奶牛主产区夏季牛奶产量显著下降

中国农业科学院北京畜牧兽医研究所与全国畜牧总站奶牛生产监测专家组构建了不同时期和地点的奶牛热应激敏感指标温湿度指数（THI）与牛奶产量损失之间的模型，评估了气候变化对我国奶业的潜在影响。研究论文发表于Climatic Change。研究构建的不同时期和地点THI与牛奶产量损失之间的模型表明，盛夏，特别是7月份，我国北方奶业主产区因热应激造成奶牛日产奶量损失0.7～4.0公斤。该模型进一步预计，按照1951年至2009年期间我国平均气温缓慢上升，冬季逐渐变暖，夏季气温不断上升的趋势，到2050年夏季牛奶产量将急剧下降，到2070年情况严重时损失可能高达50%。