科研進展*

硼酸鹽功能晶體新結構研究取得進展

中科院物理所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）陳小龍研究員及其領導的功能晶體研究與應用中心在硼酸鹽領域進行了長期系統的研究工作，發現了一系列新型硼酸鹽功能晶體材料：如 YBa3B9O18、(K1-xNax)2Al2B2O7(0 ≤x＜0.6)、MM'4(BO3)3(M=Na,M'=Ca,M=K,M'=Ca,Sr)和LiSr4B3O9等。在最新研究中，金士鋒、陳小龍等首次在常壓下制備出了具有穩定Edge-sharing構型的硼酸鹽晶體KZnB3O6，從而擴展了人們對硼酸鹽結構化學一條主要規律的認識：由共邊連接的BO4基團構成的晶體在能量上可以是更為有利的。進一步的理論計算證實了在該化合物中，共邊連接構型比共頂點構型在能量上更為有利，從而解釋了其獨特結構的成因。此外，該晶體中的堿金屬離子在很大程度上可以被Li離子置換，而不會破壞其晶體結構，顯示出其共邊連接的結構骨架具有較強的穩定性。該研究結果發表在Angew.Chem.Int.Ed.上。

拓撲絕緣體的實驗研究取得系列進展

中科院物理所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）表面物理國家重點實驗室馬旭村研究員領導的研究組與清華大學物理系薛其坤教授領導的研究組合作，在三維拓撲絕緣體薄膜的外延生長、電子結構及有限尺寸效應方面進行研究，取得一系列進展。

馬旭村研究組與薛其坤研究組在多種襯底上成功制備出了原子級平整、低缺陷密度的高質量三維拓撲絕緣體（Bi2Te3、Bi2Se3、Sb2Te3）薄膜。通過對薄膜層厚、襯底和生長條件的選擇，可以實現對薄膜電子結構和化學勢的人工控制。這為拓撲絕緣體的研究和應用打下了很好的材料基礎。相關結果發表于Advanced Materials。

基于這種高質量的拓撲絕緣體薄膜，他們與其他單位合作，發現了拓撲絕緣體的自旋極化表面態所特有的背散射缺失現象。通過研究Bi2Se3薄膜在低溫強磁場下的掃描隧道譜，觀測到了Bi2Se3表面態的朗道量子化，并發現朗道能級的能量與成正比。這再次證明了拓撲絕緣體表面態的存在及其具有的二維無質量Dirac費米子的特征。相關結果發表于 Physical Review Letters。

最近，該合作團隊在SiC(0001)襯底上制備出了宏觀面積范圍具有單一厚度的Bi2Se3薄膜，并實現了薄膜厚度的逐層控制。他們發現，在Bi2Se3薄膜厚度小于6QL時，由于薄膜表面一側的Dirac表面態會與界面一側的Dirac表面態的波函數之間發生交疊，使得原來的無能隙表面態上會打開一個能隙。另外表面態會發生Rashba型的自旋劈裂，而這種自旋劈裂的大小可以通過調控能帶彎曲的程度所控制。這項工作表明，在三維拓撲絕緣體薄膜的界面一側確實存在一個與表面態類似的Dirac表面態，并且利用外加電壓人們可以操縱這種材料的電子自旋，這對發展新的自旋電子器件具有指導意義。三維拓撲絕緣體的量子薄膜的成功制備也為理論預言的量子反常霍爾效應、巨大的熱電效應、激子凝聚等效應的研究提供了基礎。以上結果已發表在Nature Physics上，并被Nature China進行了報道。

鐵基超導體電荷動力學研究取得新進展

中科院物理所/北京凝聚態物理國家實驗室（籌）王楠林研究員領導的小組在鐵基超導體的母體和超導樣品的電荷動力學方面進行深入研究，取得新的進展。

該研究組的諶志國等博士生生長了c方向足夠厚的BaFe2As2和SrFe2As2單晶樣品并進行了c方向偏振的光反射譜測量。與ab面內的測量相比較，發現只有能量尺度較小的能隙可以清晰地觀察到，而能量尺度較大的能隙特征則幾乎消失。他們與戴希、方忠等理論研究人員合作對兩個能隙的起源進行了深入分析，指認較大的能隙是由于二維柱狀空穴型與電子型費米面間存在（π，π）波矢的疊套引起的，是驅動自旋密度波發生的原因。該實驗進一步揭示，在122結構體系中電子巡游性在磁有序起源起支配作用，這為認識鐵基超導體系超導電性起源提供了依據。相關結果發表于Phys.Rev.Lett.。

該研究組的諶志國、董濤等迅速生長了LaFeAsO和其它稀土替代的1111體系毫米尺寸單晶樣品，并研究了其光學性質。他們揭示體系存在較強的關聯效應，發現磁有序狀態下的部分能隙打開特征在結構相變發生后已經出現，表明結構相變之后的電子狀態與磁有序態已基本相同。他們還發現面內的聲子頻率朝高頻方向系統移動，表明其鍵合強度顯著增強。另外發現聲子具有非對稱Fano效應，揭示體系存在電聲子相互作用。他們還糾正了先前文獻中對面內紅外聲子的錯誤指認。相關結果連續發表于Phys.Rev.B。

另外，王楠林小組與美國Los Alamos國家實驗室和MIT兩個研究組合作，利用超快光譜研究了(Ba,K)Fe2As2超導體的準粒子弛豫過程。分析表明，其反常的弛豫過程可能是未相干的配對電子所形成。他們對最佳摻雜的(Ba,K)Fe2As2樣品進行研究，發現光激發的準粒子存在兩種不同的弛豫超快動力學過程。準粒子的熱弛豫率表現出隨溫度的平方關系而不是s波超導體的指數衰減，從而揭示出超導態能隙函數應該具有節點，能隙不完全是各向同性地打開。相關結果連續發表于Phys.Rev.Lett.

實驗室中成功模擬太陽耀斑中環頂X射線源和重聯噴流

中科院物理所和國家天文臺實驗室研究團隊繼去年在強激光實驗室模擬黑洞輻射產生的光電離光譜取得重要成果之后，今年又在實驗室中成功模擬了太陽耀斑著名觀測現象——環頂X射線源和重聯噴流。張杰院士和趙剛研究員領導的研究團隊利用中科院上海光機所高功率激光物理聯合實驗室的“神光II號”裝置，巧妙地構造了激光等離子體磁重聯拓撲結構。研究中觀測到了與太陽耀斑中環頂X射線源極為相似的實驗結果。通過磁流體標度變換理論分析，發現兩個系統的各項物理參數驚人的相似。通過仔細分析實驗室重聯區尺度特征，發現激光等離子體磁重聯區存在兩個耗散區，其中離子耗散區的尺度與理論模擬一致，而電子耗散區尺度的實驗結果要大于傳統的理論值，這為理論探索磁重聯電子耗散區尺度提出了挑戰。

這項工作結果在線發表在國際權威雜志Nature Physics上。

雙金屬協同催化合成手性氰醇衍生物研究取得進展

中科院上海有機所金屬有機化學國家重點實驗室的研究人員，基于雙金屬協同催化的設計理念，巧妙地將兩個Salen-Ti單元以適當的橋鏈集成于同一分子內，開發出了以順式降冰片烯二羧酸橋聯的高活性手性雙Salen-Ti絡合物催化劑，將催化效率提高了1—2個數量級，以TMSCN為氰化試劑時，催化劑用量可降至百萬分之五；以廉價的氰化鈉作為氰化試劑時，反應也可取得理想的結果。優化出的催化體系不僅具有很高的催化活性和優秀的對映選擇性，而且具有廣泛的底物適用性，一些反應產物是手性藥物氯吡格雷、丙萘洛爾以及手性菊酯類農藥合成的關鍵中間體，顯示了很好的工業應用前景。

上述研究結果已經申請中國發明專利，申請號201010154458.4，論文以VIP（Very Important Paper）發表在Angew.Chem.Int.Ed.上。論文發表后，立即被英國紐卡斯爾大學M.North教授在該雜志Highlight欄目專題評述并給予積極評價，認為該工作為確定不對稱催化合成氰醇類化合物的詳細機理和研究雙Salen金屬絡合物系統催化其它不對稱反應提供了一個有效的工具。

金屬銥催化的烯丙基取代反應研究取得新進展

中科院上海有機所金屬有機國家重點實驗室的研究人員最近通過巧妙的設計，在[Ir(COD)Cl]2和Feringa配體的催化下，鄰胺基苯乙烯類化合物和烯丙基雙碳酸甲酯反應，可以實現串聯的烯丙基烯基化與分子內不對稱烯丙基胺化反應，高收率、高對映選擇性地合成苯并氮雜七元環類化合物。所得到的具有光學活性的苯并氮雜七元環類化合物可以方便地轉化為結構復雜的多環化合物，為合成苯并氮雜七元環這一在許多天然產物和藥物分子中都廣泛存在的一類骨架提供了有效的方法。該工作已發表在Angew.Chem.Int.Ed.上。結果發表以后被Synfacts積極評述。

惰性化學鍵催化活化研究取得新進展

中科院大連化物所余正坤研究組、孫承林研究組和陳吉平研究組合作通過在烯烴分子的一端引入給電子的二硫烷基、在另一端引入吸電子的羰基來活化內烯烴碳-氫鍵的策略，高效實現了鈀催化的內烯烴碳-氫鍵與端烯烴碳-氫鍵的直接偶聯反應，合成了多官能團化的丁二烯衍生物。多官能團化丁二烯衍生物與有機二胺進一步縮合，方便地得到了具有潛在抗癌生物活性的二環吡啶酮類化合物，對二環吡啶酮類抗癌藥物開發具有重要意義。最新成果以通訊形式發表在Angew.Chem.Int.Ed.上。

小分子探針生物分析領域獲新進展

中科院長春應化所電分析化學國家重點實驗室于聰課題組通過系統考察平面芳環有機小分子探針的熒光特性及其與生物大分子間的相互作用，合成了具有獨特的可p-p緊密堆積的熒光生色團的陽離子二萘嵌苯衍生物，并利用核酸適配體可以誘導探針分子集聚導致熒光猝滅的現象，及適配體與蛋白質間的特異性相互作用對探針自組裝集聚的精細調控，構建了一種檢測蛋白質的新方法。相關研究成果發表在Angew.Chem.Int.Ed.上。

化學所成功實現水相中氟離子的快速檢測

化學所光化學院重點實驗室的課題組多年來致力于對離子識別方法學的研究，曾提出了離子置換方法，利用熒光的開關過程實現了雙離子的檢測。最近，研究人員在以往工作的基礎上，將具有聚集熒光增強作用的質子轉移化合物BTHPB進行硅烷基化，并將產物制備成納米顆粒分散在含有CTAB的水溶液中作為檢測試劑，利用硅與氟的特殊的相互作用，成功實現了純水溶劑體系中氟離子的快速檢測。在此基礎上，研究人員制成了氟離子檢測試紙，不僅對水中氟離子的檢測專一性高，而且方便快捷。該工作發表在Angew.Chem.Int.Ed.上。有關工作目前已申請國家發明專利。

手性催化劑自負載研究取得新進展

中科院上海有機所金屬有機化學國家重點實驗室研究人員在其之前工作基礎上，采用同時含三聯吡啶(tpy)和手性單磷配體MonoPhos結構單元的橋聯配體，巧妙地通過與亞鐵鹽和銠鹽選擇性自組裝，得到一系列含雙金屬Fe(II)、Rh(I)的手性配位聚合物催化劑。這類催化劑可以高效地催化α-脫氫氨基酸衍生物、苯基烯胺和衣康酸二甲酯的非均相不對稱氫化反應（TOF＞4500h-1），以定量的底物轉化和優秀的對映選擇性(90%—97%ee)獲得相應的氫化產物。催化劑可以方便地回收和循環使用10次以上，而效率和選擇性沒有明顯下降。上述結果展示了一種新的高效、簡便的手性催化劑負載化新模式。研究結果發表在Angew.Chem.Int.Ed.上。

納米碳催化合成苯乙烯合作研究取得重要進展

中科院金屬所沈陽材料科學國家（聯合）實驗室催化材料研究部蘇黨生研究員、張建研究員、王銳博士與德國Fritz Haber研究所、中科院長春應化所、克羅地亞研究人員合作，借助在納米金剛石表面上高度彎曲的氧摻雜石墨烯活性結構，在無氧、無水蒸氣保護的低溫條件下實現了乙苯直接脫氫制取苯乙烯，其催化活性大約為工業氧化鐵催化劑的3倍，反應過程中沒有積碳產生且金剛石催化劑表面保持清潔，在乙苯脫氫工業領域具有良好的應用前景。研究人員發現，納米金剛石的碳原子并非完全的sp3雜化，表面碳原子在較大的表面曲率作用下發生部分石墨化，形成了獨特的“金剛石-石墨烯”的核殼納米結構。使用原位紅外光譜和原位近常壓X射線光電子能譜深入研究非金屬催化機理和誘導期內的活性降低的原因，直接驗證了不飽和酮羰基氧物種在直接脫氫反應中的決定性作用。

本研究首次使用了非金屬材料催化直接脫氫反應，并利用先進的原位表征手段在非金屬催化反應機理、活性位結構和反應中間體等關鍵科學問題上取得重要突破，為非金屬催化方向的深入發展和乙苯脫氫傳統產業的技術升級提供了重要參考。這一工作以快訊形式在Angew.Chem.Int.Ed.在線發表。

人胚胎早期器官形成過程的轉錄組研究取得進展

中科院上海生命科學院/上海交大醫學院健康科學所干細胞生物重點實驗室楊穎博士和方海博士等在金穎和張濟導師的指導下，與新華醫院婦產科合作，利用臨床藥物流產胚胎，應用基因芯片對早期器官胚胎發育6個連續階段進行基因表達變化譜刻畫。他們發現整個胚胎形態變化受基因表達譜變化所驅使，主要包括兩組基因：呈現逐漸下調變化趨勢的基因負責早期器官起始，而逐漸上調變化的基因主要參與器官原基形成。同小鼠發育表達譜以及人胚胎干細胞各種組學數據進行比較分析，進一步發現干性相關基因呈逐漸降低的趨勢，而分化相關基因呈現兩種表達模式。在此基礎上，整合蛋白質相互作用信息，挖掘出人胚胎早期器官過程中相互作用網絡（hORGNet），由兩個細化的與干性相關的模塊（hStemModule）和與分化相關的模塊（hDiffModule）模塊組成，hStemModule可能與胚胎早期致死相關，而hDiffModule則可能多的是與出生后致死相關。

這一研究建立了國際上唯一的人早期器官形成期基因表達的譜式，為探索人類發育早期的分子調控和人多能干細胞體外的定向誘導分化提供的寶貴的信息。相關研究結果發表于Developmental Cell。

研究發現生物鐘調節體內糖合成的分子機制

中科院營養與代謝重點實驗室劉浥研究組參與了對生物鐘轉錄抑制因子CRY1調控CREB/CRTC2介導的肝糖異生基因表達的研究。CREB/CRTC2是參與調控肝糖異生基因表達的主要轉錄因子之一。研究者們首先利用動物實驗充分證明生物節律能夠調節CREB/CRTC2的活性以及其介導的肝糖異生基因表達，而后進一步通過分子、細胞實驗揭示了在肝細胞中，生物鐘轉錄抑制因子CRY1能夠阻止細胞內cAMP的產生來抑制CREB/CRTC2活性從而最終地降低葡萄糖合成。最后，研究者們發現在肝臟中過表達CRY1能夠明顯改善2型糖尿病肥胖小鼠的胰島素敏感性。通過對體內生物鐘調控糖代謝機制的初步闡明，上述研究為防治2型糖尿病提供了一個全新的靶點。

上述研究主要由美國加州大學圣地亞哥分校Eric Zhang和劉浥共同完成。劉浥組的博士生孫秀杰參與該研究。相關結果在線發表于Nature Medicine。

自然視聽覺流跨通道跟蹤研究取得成果

中科院生物物理所腦與認知國家重點實驗室羅歡副研究員、劉祖祥副研究員和紐約大學David Poeppel教授合作，利用高時間分辨率的腦磁圖成像技術(MEG)探索人類受試在觀看包含對話場景的自然電影片段的大腦實時反應，結果發現，視聽覺的自然流跟蹤和跨模態的融合是基于一種“大腦振蕩的低頻相位調制機制”(Low-frequency phase modulation in brain oscillation)的。聽覺信號除了實時調制聽覺皮層的振蕩相位來達到對聽覺流的實時分割處理外，也會調制視覺皮層的內生振蕩相位使得和聽覺流時間組織吻合的視覺流信號落在合適的優化相位(optimal phase)上得到增強處理進而達到跨模態的實時連續融合。

這項工作首次在人類受試上找到和發現可能解決聽覺領域中極為重要的問題‘雞尾酒會效應’(cocktail party problem)的神經機制。相關研究結果在線發表于PLoS Biology。

研究發現非吸煙肺腺癌人群中關鍵致癌基因的突變譜

中科院上海生命科學院生化與細胞所季紅斌研究員與復旦大學附屬腫瘤醫院胸外科陳海泉教授合作，在建立高質量的肺癌樣本庫的基礎上，分析了非吸煙肺腺患者來源的腫瘤樣本中關鍵致癌基因的突變。研究結果表明，在52例非吸煙肺腺患者來源的腫瘤樣本中，90%存在著已知的致癌基因突變或融合，包括41例有EGFR激酶域突變；2例有HER2激酶域突變；3例有EML4-ALK基因融合；1例有KRAS的突變。

這是國際上首次報道非吸煙肺腺癌患者來源的腫瘤樣本中所有關鍵致癌基因的突變譜，將為臨床上這一肺癌患者人群的個體化治療提供理論基礎和實踐指導。由于目前臨床上已經有一些小分子藥物可以有效地抑制突變的EGFR、HER2和ALK的活性，因此這項研究表明，絕大多數非吸煙的肺腺癌患者是有可能從這些藥物的治療中獲益的。這一研究成果發表在Journal of Clinical Oncology上。

甲型H1N1流感病毒重要蛋白研究獲突破

中科院微生物所高福研究組經過近一年的攻關，對2009甲型H1N1流感病毒表面的兩個重要蛋白——血凝素（HA）和神經氨酸苷酶（NA）的研究取得重要突破。

基于結構生物學信息，研究者發現，2009甲型H1N1流感病毒與季節性流感病毒的HA和NA有很大的差別，這解釋了2009年甲型H1N1流感病毒引發大流行的部分原因。該發現對于甲型H1N1流感相關藥物的設計和開發具有重要的指導意義。

該研究組對2009HA結構的分析發現，它與1918年大流行HA的整體結構以及抗原位點高度相似，但與季節性流感差別很大。研究者推測，2009HA可被1918流感患者或病毒攜帶者的血清中和，該觀點解釋了年輕人對2009甲型H1N1流感易感，而老年人則具備更強的抵抗力這一現象。

研究組還發現，2009HA有增強的堿性區，可提高病毒侵染力。但2009HA堿性區附近第N279位與季節性流感及1918HA相比，多了一個糖基化位點，這個糖基化位點可以阻礙堿性區作用，并可能干擾抗體識別，可導致病毒毒力減弱，對宿主細胞的致死性減弱，病毒毒力達到動態平衡，從而有利于自己在宿主體內的大量擴增與侵染。

研究者建議，在設計合成新型抗2009甲型H1N1流感病毒NA藥物的時候，須將目光集中在更小的酶活區域。在設計其他NA亞型流感病毒藥物的時候，也應充分考慮第1組和第2組NA的區別，來設計特異性的藥物。有關HA的研究成果發表于Protein&Cell；NA的研究成果在線發表于Nature Structural&Molecular Biology。

研究發現酸敏感離子通道非質子門控機理

中科院上海生命科學院神經科學所博士后于燁、研究生李偉廣和上海藥物所研究生陳志在徐天樂和蔣華良研究員的分別指導下，采用電生理學和化學等多學科交叉的方法，發現酸敏感離子通道（ASIC）不僅可以被質子激活，還可以被非質子配體激活。在中性pH條件下，非天然小分子配體GMQ作用于ASIC特異性的結構域，激活離子通道的開放，介導生物學效應。

該研究發現GMQ可導致3型酸敏感離子通道（ASIC3）持續激活。他們系統研究了GMQ配體的結構-活性關系以及通道的非質子配體結合域，并進一步探討了非質子配體激活ASIC3通道的生理和病理意義，發現ASIC3基因缺失小鼠失去對GMQ誘導的疼痛行為的反應性。該研究還揭示了一種ASIC3通道的天然非質子配體，通過新鑒定的非質子配體結合域激活和調節ASIC3通道的開放。該項研究為深入理解ASIC通道結構和功能，探討通道的門控機制以及合理設計通道抑制劑或調節劑，提供了新思路。

相關成果在Neuron在線發表。Neuron在同期雜志上專門配發了評論，并在其網站上作為亮點披露（Spotlight On）。

研究發現抑制TRPC6蛋白降解保護大鼠缺血性腦損傷

中科院上海生命科學院神經科學所神經信號轉導研究組的杜婉璐、黃雋波和姚海蘭等研究生在王以政研究員的指導下，通過大鼠腦中動脈栓塞的缺血模型，發現半影區神經元TRPC6蛋白被特異性地降解。這一降解是通過NMDA受體的鈣離子依賴的中性蛋白水解酶（Calpain）介導的。他們發現了Calpain切割TRPC6蛋白的位點，并依據其氨基酸序列合成了一段短肽。這種短肽可以阻止缺血過程中TRPC6蛋白的降解，保護了神經細胞。

該項研究提出阻止Calpain降解TRPC6可能成為治療缺血性腦損傷的新策略，為治療腦中風提供了新的思路。此項工作是該研究組研究TRPC6與神經元存活又一新的發現。相關成果在The Journal of Clinical Investigation在線發表。

蛋白質和RNA復合物相互作用研究取得新進展

中科院大連化物所海洋生物產品工程組薛松研究員在其之前研究的基礎上，再次與合作者利用結構生物學手段，揭示了另一類非編碼RNA及其相關蛋白質和RNA的復合物的三維晶體結構及其相互作用。

RNA分子不僅僅作為編碼蛋白質的模板，許多不編碼蛋白質的RNA在生命活動也有重要的功能。C/D RNA就是一類廣泛存在于古細菌和真核生物中的非編碼RNA，主要功能是指導RNA底物，如rRNA、snRNA和tRNA發生特定位點上核糖的甲基化。C/D RNA含有一段向導序列，這段序列通過和修飾位點兩邊的堿基序列互補配對而實現對底物的特異性選擇。在古細菌中，C/D RNA與RNA結合蛋白L7Ae、骨架蛋白Nop5和甲基化酶fibrillarin 3個蛋白質亞基組成RNA-蛋白質復合體，該復合物能對底物進行特異位點的甲基化修飾。這種甲基修飾化反應是細胞生命過程中必不可少的。

這一結果被認為在認識該復合物的組合方式和其修飾RNA甲基化機理方面邁出了一大步：可以看到在原子水平上向導RNA、底物RNA以及相關的3個蛋白質的相互作用。該研究工作發表在Molecular Cell上。

生物物理所研究發現決定偏好行為的神經基礎

中科院生物物理所劉力課題組龔哲峰副研究員等人經過將近4年的潛心研究和不懈努力，發現果蠅幼蟲中央腦的兩對神經元足以調節果蠅幼蟲對于不同光強條件的偏好行為。通過檢驗神經元之間的突觸位置關系并結合功能鈣成像技術，他們發現，這兩對神經元屬于果蠅幼蟲視覺信息處理通路的第三級神經元。

此研究表明，果蠅腦中兩對神經元控制著避光/趨光這兩種行為偏好之間的轉換。在果蠅幼蟲里抑制這兩對神經元的活性，那么即使是年幼避光的幼蟲也會變得趨光，而激活這兩對神經元的活性，則即便是年長的幼蟲也會變得避光。這兩對神經元，也就是所謂的NP394神經元，直接和控制果蠅節律行為的腹側神經元形成突觸并從那里接受輸入，而后者則從幼蟲的視覺器官（Bolwig’s organ）那里接受輸入。功能鈣成像的結果表明，敲除腹側神經元以后，NP394神經元對于視覺刺激的反應更加強烈，這一方面表明NP394神經元確實是和腹側神經元之間存在著功能上的聯系，另外也表明腹側神經元對NP394神經元起著抑制的作用，而且腹側神經元并非是視覺信息進入NP394神經元的唯一通道。這項工作為揭示果蠅幼蟲光偏好行為乃至于其他偏好行為的神經元機制奠定了重要基礎。

Science在線發表了上述研究結果。紐約大學的NinaVogt博士和Desplan教授對這項工作的評價是，這項發現“不僅增進了我們對于動物大腦是如何解釋視覺線索的理解，同時也向著全面解析環境因素和內在因素影響本能行為的神經基礎邁進了一步”。

果蠅興奮性嗅覺中間神經元的功能研究取得成果

中科院上海生命科學院神經科學所博士生黃菊等在王佐仁研究員的指導下，通過配對膜片鉗記錄的方法，發現eLNs與投射神經元（PNs）之間存在廣泛但強度上有差異的相互興奮作用。這種相互興奮作用從eLNs到PNs方向主要由電突觸（gap junctions）介導，從PNs到eLNs方向則主要由膽堿能化學突觸所介導。研究還發現，eLNs之間的聯系也存在明顯的相互興奮作用，但是eLNs與抑制性中間神經元（iLNs）之間的相互作用則較少存在。此外，在體氣味反應實驗證明同一eLN對不同的氣味，以及不同eLNs對同一種氣味均呈現出不同的具有時間特異性的反應模式。這些研究發現對人們理解嗅覺編碼的神經環路機制有重要的意義。

相關成果在Neuron發表。Neuron雜志邀請嗅覺編碼研究領域的著名科學家Gilles Laurent在同期雜志上撰寫了一篇評論文章。

中美科學家聯合發布首個螞蟻基因組揭秘社會型昆蟲壽命及行為差異遺傳機制

中科院昆明動物所馬普進化基因組學青年科學家小組以及深圳華大基因研究院聯合培養的張國捷博士，在其導師王文博士和王俊博士的指導下，作為中方項目負責人，與美國亞利桑那州立大學、紐約大學醫學院和賓夕法尼亞大學醫學院的同行共同合作，利用新一代測序技術完成了弓背蟻（Camponotus floridanus）及印度跳蟻（Harpegnathos saltator）的基因組圖譜。基因組測序揭示了弓背蟻基因組大小約為240Mb,含有17064個基因，而跳蟻基因組大小約為330Mb,含有18564個基因。

該研究表明，蟻群內部不同螞蟻雖然基因組DNA水平沒有差異，但許多基因在不同的工種間表達差異極大。另外，在弓背蟻與印度跳蟻中均檢測到microRNA和SMYD組蛋白甲基化酶在不同等級中的特定表達，提示了它們在等級分工中的作用。通過表達比較還發現，很多在兩種螞蟻的不同等級中差異表達的基因主要參與了神經功能及化學通訊功能，如“味覺受體”、“嗅覺受體”以及與烴類代謝有關的基因等，提示這類基因在螞蟻社會分工及信息交流中具有一定作用。此外，DNA甲基化這種表觀調控存在于螞蟻基因組中，提示甲基化表觀調控機制在螞蟻社會行為中可能起作用。

螞蟻基因組的完成將為螞蟻成為研究社會行為、衰老以及神經生物學的新模式生物奠定了基礎，尤其為后續研究表觀遺傳對行為、衰老等過程的調控機制鋪平了道路。相關研究成果在Science雜志上發表，Nature雜志對這一工作進行了深入的在線報道。

昆明動物所兩棲類研究取得成果

在中科院昆明動物所張亞平院士研究組與加州大學伯克利分校脊椎動物博物館的David B.Wake院士研究組的合作中，車靜副研究員等對亞洲特有分布的兩棲類群棘蛙族進行了系統進化和詳細的生物地理分析。結合棘蛙族的分子進化歷史，分子鐘估算，以及生物地理分析，該研究提出：在漸新世早期，亞洲開始出現明顯的地理和氣候的轉型，一直延續到中新世呈現加強趨勢，環境的變化無疑造成了棘蛙族物種的快速分化。隔離是造成西部高海拔物種分化的主要原因，而對于低海拔物種，明顯地，分布在中國南方的物種來自馬來半島物種的一次重要的擴散事件。

另外，該結果第一次從分子生物學的角度上支持了地質學假說：由于印度板塊和亞洲板塊的撞擊，青藏高原和喜馬拉雅不同的地區先后發生了隆起事件，其中在漸新世和中新世轉型期間，一次隆起事件和馬來半島的側向逃逸事件幾乎是同時發生的。PNAS以封面文章形式發表了上述研究成果。

新元古代冰期研究取得新進展

中科院南京地質古生物所周傳明研究員等通過對華南十余條蓋帽白云巖剖面系統的沉積學、沉積巖石學和微區碳同位素分析，提出圍繞蓋帽白云巖形成過程中各個地質事件之間關系的新模式：（1）全球性冰期結束后，由于冰川融水的快速注入，海平面迅速上升，在此過程中發生了蓋帽白云巖的沉積；（2）由于冰川的快速消融，陸殼和海洋大陸架部分發生反彈，當反彈超過海平面上升時，蓋帽白云巖被暴露溶蝕，喀斯特作用發生；（3）隨后的廣泛海侵淹沒了蓋帽白云巖及前期沉積，在蓋帽白云巖喀斯特侵蝕面和溶蝕孔洞中首先沉積了白云石和重晶石，隨后是硅質沉積，最后才是與甲烷氧化有關的方解石沉積（具極負碳同位素異常）。西非和加拿大西北部地區同時期蓋帽白云巖發生了類似的沉積過程。

新的蓋帽白云巖形成模式進一步支持“雪球地球”假說，同時表明甲烷滲漏發生在蓋帽白云巖形成之后，因此很可能不是全球性冰期結束的誘因。該項成果發表在Geology上。

生物質能源利用合作研究取得重要突破

中科院天津工業生物技術所田朝光課題組與美國加州大學伯克利分校合作，從纖維素降解真菌粗糙脈胞菌Neurospora crassa基因組中克隆鑒定了兩個纖維二糖、寡糖轉運蛋白CDT1和CDT2，并通過代謝工程，將粗糙脈胞菌CDT1、CDT2及葡萄糖苷酶整合到釀酒酵母（S.cerevisiae）中，該工程酵母能夠利用纖維二糖、寡糖進行乙醇發酵。

該研究表明，纖維二糖、寡糖的直接轉運利用是自然界纖維素真菌糖代謝的基本途徑之一。該研究結果在酵母中的成功運用，為生物燃料的生產和生物質能源大規模利用的實現提供了重要的新思路。真菌降解木質纖維素是自然界碳循環的重要一環，是生物質能源利用研究的重要線索。粗糙脈胞菌是目前研究最為透徹的模式絲狀真菌，有超過80年的研究歷史，積累了大量的研究資源。 同時，該菌降解纖維素能力非常強，能夠利用木糖、纖維二糖、寡糖等組分，因此是研究纖維素降解、生物質糖代謝分子機理及生物質能源利用的理想體系。相關研究結果在Science雜志在線發表。

我國首臺載人潛水器深潛海試獲成功

中科院沈陽自動化所參與研制的我國首臺載人潛水器“蛟龍”號，在3000米級海上試驗獲得成功。此次海試中，“蛟龍”號4次突破3000米深度，最大下潛深度達3759米，已經超過了最新公布的世界海洋平均深度。

“蛟龍”號載人潛水器由國內幾十家單位聯合攻關，從零起步，自主研發。中科院沈陽自動化所作為該項目的主要參研單位，承擔了載人潛水器控制系統的研究開發和試驗工作。海上試驗結果表明，在全自動航行控制策略、在線信息采集/處理/存儲/報警、數據分析后處理和半物理仿真驗證等方面取得了重大技術突破。

此次3000米級海上試驗的成功創造了我國新的載人深海潛水紀錄，標志著中國成為繼美、法、俄、日之后，世界上第5個具備此深度級別載人深潛和作業能力的國家。這是我國載人深潛事業和深海裝備技術發展的重大成果和重要里程碑，對有效開發海底礦產資源、和平利用海洋、提升我國在深海技術領域的國際影響力具有重要的現實和戰略意義（相關圖片請見封面）。