世界一流科技期刊文章精选

脊椎动物基因组的完整无错误组装

Nature封面：朱红蜂鸟。Nature杂志第7856期封面文章报道了脊椎动物基因组计划（Vertebrate Genomes Project）研究进展。文章报道了16个脊椎动物物种的高质量基因组，这些动物代表了主要的脊椎动物纲，包括哺乳动物、鸟类、爬行动物、两栖动物和鱼类。研究人员首先利用朱红蜂鸟评估了多项测序和组装技术，再用其中最好的技术组装了其余15个物种的基因组。根据组装结果，研究团队对现有基因组进行了纠错补缺，同时回答了涉及基因组演化和生物学的一些问题。

非洲已知最早的人类下葬

Nature封面：约78000年前一名幼童部分骨骼的重建。Nature杂志第7857期封面文章报道了发现于肯尼亚海岸一处名为Panga ya Saidi的洞穴遗址遗骸，代表了非洲现代人已知最古老的有意识埋葬。虽然尼安德特人会有意识地埋葬死者，但鲜有证据表明早期人类也会这么做。这名幼童大概3岁，被研究团队称为“Mtoto”（斯瓦西里语的“孩子”），幼童的遗骸被侧放，双腿拉起至胸部。埋葬Mtoto的坑穴看起来是有意挖掘的，覆盖在遗骸上的沉积物铲自洞穴上方地面。Mtoto的发现为中石器时代人类种群对待逝者的方式提供了新的见解。

借助书写的高性能脑-文本通信

Nature封面：聚合图像展示了一名研究对象想要书写时，从他神经活动中得到的字母表。Nature杂志第7858期封面文章报道了一种皮质内的脑机接口，可从运动皮质的神经活动中解码试图书写的动作，并将其实时翻译成文本。脑机接口有望让失去运动或说话能力的人恢复与外界的交流，目前的研究方向大多集中于拿握或抓取这类运动技能。研究者与一位颈部以下瘫痪的男性合作，请他想象自己拿着一支笔尝试在纸上书写。这个脑机接口使用神经网络把这些神经信号翻译成字母，使该名男子能以每分钟90个字符的速度书写，准确率达到94.1%。

一种新型的蛋白交联类型被发现

Nature封面：一个氧原子将氮原子和硫原子连在了一起（蓝色为氮、红色为氧、黄色为硫）。Nature杂志第7859期封面文章报道了半胱氨酸和赖氨酸残基之间形成的一种此前未知的交联。氨基酸残基之间的交联会影响蛋白质形状和功能，研究人员新发现的这种N-O-S桥即起到了调节性氧化还原开关的作用，控制着会导致淋病的淋病双球菌（Neisseria gonorrhoeae）中转醛醇酶的活性。研究团队还在蛋白质数据银行（Protein Data Bank）中开展了相关研究，同时发现许多其他蛋白质家族中可能也存在这种N-O-S交联。

（本页期刊封面图来自Nature官网）

缓行田鼠性染色体的转化及雄性特异性X染色体的起源

Science封面：缓行田鼠，creeping vole（Microtus oregoni）。Science杂志第6542期封面文章报道了缓行田鼠性别决定的奥秘。研究发现在雄性缓行田鼠中存在两个X类似的染色体，并且在雄性体细胞组织中，雄性特异的XP会出现由Xist介导的雄性特异性X染色体沉默。另外，由母本传递的XM染色体上有一套完整的源自祖先的Y基因。该研究表明祖先的雄性特异性基因可以被调节到雌性基因组中，同时支持了古老的X-Y基因对的剂量敏感性的这一学说。该研究同时揭示了哺乳动物性染色体转化的新模式，也提示缓行田鼠作为模式动物的重要性。

每当溃堤发生

Science封面：舞动的河流。Science杂志第6543期封面文章报道了伦敦记者弗雷德·皮尔斯的一篇文章，介绍了研究人员正在研究河流发生致命溃决的时间、地点和原因。地理学家们已经注意到，河流多在山脚下发生冲刷。在那里，斜坡急剧变化，沉积物沉淀下来淤塞了河床。水流表上的微型河流使研究团队能够量化撕脱发生的频率。密西西比河每1400年就会在路易斯安那州中部撕裂一次，在墨西哥湾沿岸形成巨大的三角洲叶状结构。此外，研究人员还发现了从黄河、莱茵河、多瑙河、奥里诺科河和尼罗河河口一段回水长度处反复发生冲刷的证据。

脂质交换推动植物陆生过程中的共生进化

Science封面：共生的真菌。Science杂志第6544期封面文章报道了植物脂质诱使真菌共生的现象。研究表明，原始陆地植物Marchantia paleacea（粗裂地钱）也能产生脂质，并转移到共生真菌上，并且该过程对于功能性共生是必不可少的，证明植物与真菌之间的脂质转移同样存在非维管植物中。这表明这一过程是在4.5亿年前就发展起来的，其使得植物能在陆地上生存，并且在整个植物界都得到了保留。该研究还鉴定了脂质生物合成的转录调控两个高度保守的转录因子：WRI和RAD1。这两个转录因子是专门进化以促进共生，是植物陆地化所必需的。

海洋热浪对珊瑚的影响研究

Science封面：保护珊瑚。Science杂志第6545期封面文章报道了珊瑚礁的当地管理。珊瑚建造珊瑚礁的能力依赖于珊瑚动物和细胞内单细胞微藻之间的营养共生。珊瑚白化是这种关系破裂的直观表现，它是对压力的反应，包括温度高于正常最大值1℃到2℃。全球变暖导致白化事件的频率和规模急剧增加，这对全世界的珊瑚礁造成了巨大的破坏。Donovan等人研究发现，在珊瑚白化后的一年内，大量大型海藻或海胆等本地因素加剧了珊瑚的损失，特别是大型藻类和海胆的丰度。这表明当地管理可以帮助减轻海洋热浪对珊瑚的影响。

（本页期刊封面图来自Science官网）

从二氧化碳到淀粉人工合成研究突破

中国科学院天津工业生物技术研究所研究团队在淀粉人工合成方面取得突破性进展，在国际上首次实现二氧化碳到淀粉的从头合成。相关成果发表于Science。研究团队从头设计出11步主反应的非自然二氧化碳固定与人工合成淀粉新途径，在实验室中实现从二氧化碳到淀粉分子的全合成。研究团队采用一种类似“搭积木”的方式，联合中国科学院大连化学物理研究所，利用化学催化剂将高浓度二氧化碳在高密度氢能作用下还原成碳一（C1）化合物，然后通过设计构建碳一聚合新酶，依据化学聚糖反应原理将碳一化合物聚合成碳三（C3）化合物，最后通过生物途径优化，将碳三化合物聚合成碳六（C6）化合物，再进一步合成直链和支链淀粉（Cn化合物）。

利用人工途径从二氧化碳合成淀粉（图片来源于中国科学院网站）

新闻发布会现场（图片来源于中国科学院网站）

猴头菇中抗老年痴呆二萜分子的生物合成途径

中国科学院微生物研究所真菌学国家重点实验室刘宏伟研究员等人成功构建了“非天然”活性猴头菇二萜工程菌。相关成果发表于Acta Pharmaceutica Sinica B。该研究实现了在酿酒酵母中重新构筑鸟巢烷二萜的生物合成途径，完成了22个不同结构鸟巢烷二萜的产生菌株构建，产率最高可达112.1mg/L；以同源基因簇的对比分析为线索，发现并阐明了3个簇外相关基因（eriM、eriO和eriP）的功能；揭示了由FAD依赖的氧化酶EriM催化形成烯丙醛的过程，烯丙醛的形成触发串联迈克尔加成-消除反应进而形成了具有显著神经营养活性的分子erinacine A。随后，还原酶EriB作用于自发反应中间体erinacine B而形成还原产物erinacine C。

人工多菌体系的设计与构建：合成生物学研究新前沿

北京化工大学化学资源工程国家重点实验室苏海佳等人与合作者就人工多菌体系撰写了综述文章。相关论文发表于《合成生物学》。文章指出了人工多菌体系是合成生物学领域中一个新的研究前沿，通过详细比较单菌体系和人工多菌体系的优缺点，突出人工多菌体系在生物合成中的优势，同时以人工多菌体系在近几年生物合成中的最新进展为实例，从途径分工的理性设计、菌群互作关系的理性设计、功能菌群时空有序分布以及基于模型算法指导下的多菌体系理性构建4个方面，对人工多菌体系的设计原则和构建方法进行详细介绍。最后，成果对人工多菌体系的设计、构建以及在各种生物产品合成中的发展进行了展望。

以非特异性DNA结合蛋白构建随机碱基编辑器

浙江大学连佳长研究团队通过碱基编辑器提升酿酒酵母对异丁醇和醋酸盐的抗性以及增产β-胡萝卜素，并将随机剪辑编辑器应用于酵母的异丁醇耐受性进化。相关成果发表于ACS Synthetic biology。该研究将可催化单链DNA中C到U转变的脱氨酶APOBEC （apolipoprotein B mRNA-editing enzyme， catalytic polypeptide-like）分别与复制因子A（RFA1、RFA2和RFA3）、DNA引发酶（PRI1）的亚基、DNA解旋酶A（HCS1）、拓扑异构酶I（TOP1）融合构建随机碱基编辑器，并用CAN1基因突变体和刀豆氨酸抗性作为报告单元比较了上述随机碱基编辑器的性能。

天然产物生物合成过程中硫原子引入的新机制

山东大学微生物技术国家重点实验室（微生物技术研究院）李盛英教授团队和张友明教授团队合作，在我国科学家发现的第一个具有全新骨架抗生素——创新霉素的生物合成中，发现了一种全新的硫原子引入机制。相关成果发表于Angewandte Chemie International Edition。研究发现JAMM家族金属蛋白酶Cxm3能够在Zn2+的介导下，将硫载体蛋白（Cxm4GG-COS-）中的硫原子转移到底物小分子，实现创新霉素结构中硫原子的引入，Cxm3蛋白催化中心的锌离子介导全新硫转移反应。在此基础上，合作团队进一步通过“一锅反应法”反应，在体外高效地重构了去甲基创新霉素的生物全合成。

产物表征与合成途径比较（图片来源于山大视点）

体外高效重构去甲基创新霉素的生物全合成（图片来源于山大视点）

黄芩甲氧基黄酮代谢研究

中国科学院分子植物科学卓越创新中心赵清研究组揭示了黄芩中甲氧基黄酮的合成机制。相关成果发表于Plant Biotechnology Journal。黄芩是一种重要的传统药用植物，其活性物质主要是根中结构多样的黄酮类化合物。除了常见的黄芩素、汉黄芩素以外，黄芩还含有多种甲氧基黄酮。黄酮的氧位甲基化是其基本骨架形成后的重要修饰反应，是黄酮结构及功能多样化的重要原因。在掌握了两类OMT特性的基础上，研究团队在酵母中共表达SbPFOMT5和SbFOMT6，并添加相应羟基黄酮，该酵母生产出了黄芩黄酮I，而共表达SbPFOMT5和SbFOMT5的酵母发酵产生了韧黄芩素I。

蒽醌类天然产物开环新机制

中国科学院青岛能源所微生物制造工程中心吕雪峰研究员与合作者针对土曲霉地曲霉素生物合成基因簇中关键基因GedF和GedK展开了研究，发现了一类双酶催化的蒽醌双加氧开环新机制。相关成果发表于Journal of the American Chemical Society。该研究通过一系列体内敲除和体外酶活表征研究发现，GedF和GedK两个酶共同催化了大黄素-8-甲醚的开环过程，其中GedF首先催化还原大黄素-8-甲醚产生大黄素-8-甲醚氢醌，进而大黄素-8-甲醚氢醌在GedK的作用下开环产生desmethylsulochrin。同位素追踪实验表明，GedK是一类独特的不需要辅因子参与的双加氧酶。

青花椒多种麻味物质累积的关键调控基因

四川农业大学林学院经济林研究团队惠文凯、王景燕、龚伟等人鉴定了青花椒果实中萜类、生物碱以及黄酮类生物合成通路关键基因。相关成果发表于Scientia Horticulturae。麻味物质是花椒果实经济价值的重要组成部分，富含萜类、生物碱、黄酮类等化合物。研究表明，青花椒坐果后40天内果实迅速膨大，随后40～50天完成果实的成熟过程。坐果后40天是麻味物质的主要成分萜类、生物碱和黄酮类物质开始累积的关键时期，该时期麻味物质生物合成的关键基因均极显著上调。该研究对于进一步深入剖析麻味物质生物合成的分子机理，培育优质青花椒种质资源，改善果实风味，提高经济价值具有重要意义。