2011：《Nature》的中國聲音

張 剛 宋子煜

2011：《Nature》的中國聲音

張 剛 宋子煜

《Nature》雜志是世界最有影響力的兩種綜合類學術期刊之一，刊登各學科研究領域最前沿的首創性研究成果，每年發表的論文總數約為850篇。《Nature》雜志2010年影響因子為36.104，5年平均影響因子為35.248。

2011年度，中國大陸地區高校和科研院所的全職科學家以通訊作者的身份在《Nature》上發表并已出版的學術論文（Articles和Letters類）共13篇，約占全年發表論文總數1.53%。據統計，2001年至2011年（截至2011年11月1日）我國科技人員共發表論文83.63萬篇，近次于美國，排在世界第2位。世界第二的論文數量卻僅產生了1.53%的《Nature》文章，這表明雖然我國已經成為世界科研大國，但距離科研強國還有很長的距離。

2011年度大陸科學家發表的這13篇論文，包括神經生物學1篇、先進材料1篇、基因組學1篇、遺傳學1篇、細胞生物學1篇、免疫學1篇、古生物學3篇和生物大分子結構與功能4篇。以大學科分類來看，生命科學9篇、古生物學3篇和先進材料1篇。

從文章的院校分布來看，清華大學4篇、中國科學院上海生命科學研究院生物化學和細胞研究所2篇、北京生命科學研究所2篇、北京大學1篇、深圳華大基因1篇、中國科學院古脊椎動物與古人類研究所1篇、中國科學院南京地質古生物研究所1篇、吉林大學和沈陽師范大學合為1篇。根據近幾年《Nature》發表論文情況分析，中國科學院上海生命科學研究院生物化學和細胞研究所、清華大學、北京大學、北京生命科學研究所和深圳華大基因五家科研院所或大學連續幾年均有《Nature》論文產出。

本年度，施一公教授領導的清華大學結構生物學科研團隊共在《Nature》上發表了3篇論文。該團隊主要成員應包括，施一公教授在美國普林斯頓大學任教期間指導的博士生、現清華大學醫學院教授顏寧，指導的博士后、現清華大學生命科學學院教授柴繼杰，以及施一公教授現重要助手清華大學生命科學學院助理教授王佳偉。2011年，《Science》評論文章事件和院士落選事件引發了科研界不大不小的討論。然而，毋庸置疑的是，施一公教授將生命科學領域的世界最前沿研究帶回了中國。

我國遼西古生物化石群和藍田古生物化石群是世界最重要的古生物化石群之一。遼西古生物化石，為鳥類的起源，被子植物的起源，現代哺乳動物的起源，昆蟲與開花植物的共同演化方面，提供了最珍貴的物證。“藍田生物群”是地球早期真核生物多細胞化、組織分化、兩性分化和形態多樣化的見證。古生物學研究發現，地球上最早的生命是原核生物，其細胞是沒有細胞核的。“藍田植物群”展現了6億年前地球上溫暖淺海中早期動物大規模出現前夕的生命景觀，是地球早期生命從簡單向復雜進化過程中的重要環節。我國科學家對這兩個古生物化石群的研究幾乎每年都有舉世震驚的重大發現。

基因組DNA測序是人類對自身基因組認識的第一步。隨著測序的完成，功能基因組學研究成為世界科研的熱點領域。曾參與國際人類基因組計劃并承擔“中國部分”（1%）任務的深圳華大基因是我國最具國際影響的科研機構，先后完成了國際人類單體型圖計劃（10%）、水稻基因組計劃、家蠶基因組計劃、家雞基因組計劃、抗SARS研究、炎黃一號等多項具有國際先進水平的科研工作,發起或參與了糖尿病關聯基因及變異研究（LUCAMP）、國際癌癥基因組計劃、古人類基因組、中華千種單基因病研究計劃、千種動植物基因組參考序列譜構建計劃、萬種脊椎動物基因組計劃、國際大熊貓基因組計劃、螞蟻基因組、黃瓜基因組計劃、蘭花基因組計劃、“世界三極”動物基因組計劃、桑蠶基因組重測序、大豆基因組重測序、千種植物轉錄組研究、人體腸道微生物基因組研究計劃和萬種微生物基因組計劃等國際合作項目。因此，每年都有世界級高水平文章產出，不少文章被選作《Nature》封面文章。

葉克窮 高級研究員

北京生命科學研究所

1995年，浙江大學生物學學士。2000年，中科院生物物理所博士。2001年至2005年，斯隆癌癥研究所博士后。2005年至2011年，北京生命科學研究所研究員。2011年至今，北京生命科學研究所高級研究員。

主要研究蛋白質和核糖核酸之間的相互作用。核糖核酸除了在基因表達中作為信使,還行使許多其他的功能。在各種生物體中已經發現了很多非編碼的核糖核酸，它們不翻譯成蛋白質，卻在分子結構，反應催化，基因調節中發揮重要作用。這些非編碼核糖核酸通常和蛋白質形成復合物行使功能。實驗室主要的研究領域包括核酸干擾，這是由長度約為21個核甘酸的微小核糖核酸介導的基因調控過程。我們實驗室將研究這些微小核酸生物發生機理，工作原理和調控途徑。我們還研究由核糖核酸引導的核糖核酸修飾系統，如催化核糖甲基化的C/D RNP和假尿嘧啶化的H/ACA RNP。實驗室主要使用X光晶體學，核磁共振等結構方法以及生化分析作為研究手段。

C/D RNA蛋白質復合物催化RNA核糖甲基化的結構機理

C/D RNA是普遍存在于真核生物和古細菌的一類古老的非編碼RNA，它們主要介導核糖體RNA和剪切體RNA大量特定位點上的核糖甲基化修飾，同時參與真核生物核糖體的裝配。在古細菌中，C/D RNA和甲基轉移酶fibrillarin，RNA結合蛋白L7Ae和骨架蛋白Nop5形成復合物。C/D RNA能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。雖然對這個復合物的結構已經有較多研究，但二個基本問題仍然沒有解決。首先C/D RNA是如何和蛋白質組裝形成復合物的。其中經典的模型認為一條C/D RNA和兩套蛋白結合形成所謂的“單體”結構，但是最近的研究認為兩條C/D RNA和四套蛋白結合形成“交叉雙體”結構。第二個問題是C/D RNA如何指導甲基轉移酶選擇特定的修飾位點。

我們發現一個加載了底物的完整C/D RNA蛋白質復合物的3.15埃晶體結構。其中晶體X光衍射數據在上海光源生物大分子晶體學線站BL17U搜集。由于C/D復合物晶體的衍射能力很弱，只有在高亮度的同步輻射X光照射下才能達到衍射極限。在一年左右時間內，我們獲得了多種晶體，有了上海光源使得可以及時檢查各種晶體的質量，確定下一步的優化方向。2010年5月，獲得一種新型的底物結合復合物晶體，通過上海光源工作人員的協調及時安排了實驗，并獲得3.15埃分辨率的衍射數據，使結構得以順利解析。該結構首次顯示了這個復雜分子機器的整體組裝方式，為“單體”模型提供了直接的證據。這個結構還清楚的顯示了底物RNA的結合方式和催化亞基選擇特定修飾位點的方式。研究發現，為了形成催化所需的活性狀態，底物的加載誘發了復合物內部結構發生廣泛的變化。

Nature 469,559－563 (27 January 2011)

圖1. C/D RNP的底物結合位點 及活性位點的結構。

上海光源是一臺高性能的中能第三代同步輻射光源，它的英文全名為Shanghai Synchrotron Radiation facility，簡稱SSRF。它是我國迄今為止最大的大科學裝置和大科學平臺，在科學界和工業界有著廣泛的應用價值，每天能容納數百名來自全國或全世界不同學科、不同領域的科學家和工程師在這里進行基礎研究和技術開發。

袁訓來 研究員

中國科學院南京地質古生物研究所微體古生物研究室主任

1965年8月出生。1990年，北京大學地質系畢業，獲學士、碩士學位。現任中國古生物學會理事，中國微體古生物學會理事長，中國化石藻類委員會主任,中國動物學會進化分會委員，中國科學院研究生院兼職教授，國際地層委員會埃迪卡拉系分會選舉委員。《科學通報》特邀編輯,《古生物學報》副主編，《生物進化》科普雜志主編，《地層學雜志》和《微體古生物學報》編委。

近年來先后獲得國家杰出青年基金、第八屆江蘇省青年科技獎、美國地質學會大會特別論文獎、中國地質學會“銀錘”獎、南京市十大科技之星，第五屆中國古生物學會尹贊勛獎、首批“新世紀百千萬人才工程”國家級人選、2005年度科學中國人、中科院研究生院優秀教師、江蘇省科普先進個人等；專著《陡山沱期生物群》獲中國科技圖書一等獎、安徽省圖書一等獎和中國圖書獎。在貴州甕安地區發現的似地衣化石被評為2005年度“中國基礎研究十大新聞”。

長期從事“地球早期生命起源、演化和環境背景”的研究，在早期多細胞真核生物的起源和輻射方面的研究取得了重要進展。如，與國內外合作者首次提出了多細胞藻類的起源和輻射模式；發現了最早期無脊椎動物的實體化石證據；在早寒武紀的地層中發現了以海綿動物化石為主的新的化石生物群；命名和深入研究了當今國際早期生命領域廣泛關注的“甕安生物群”等。利用綜合研究方法，揭示了新疆庫魯克塔格地區在新元古代至少發生了三次全球性的冰期事件；利用同位素年齡和系統穩定同位素的研究結果，確定了中國南方廣泛分布的南沱冰磧巖是Marinoan冰期的沉積；首次發現了新元古代Cloudina的無性繁殖現象，并認為它可能是迄今為止最早的多毛類環節動物化石。大部分成果發表在《Science》、《Nature》、《PNAS》和《Geology》等國際一流刊物上。已發表科研論文（著）80余（部），其中在SCI刊物上共發表論文40余篇，專著2部。

埃迪卡拉紀早期具形態分異的宏體真核生物組合

多細胞宏體生物的出現是地球生命進化史上極為重要的革新事件。生物多細胞化以后，才有細胞的分化，進一步實現器官的分化以及各種功能和形態的出現。在現今生物圈中，包括我們人類在內的所有肉眼可見的生命，幾乎都是多細胞宏體生物，它們在生物譜系樹上屬于真核生物一支，也是我們常說的“高等生命”。在地質歷史中，自寒武紀至今，這些高等生命是地球生物圈的主體，但它們是何時，在何種環境背景下以何種形態由單細胞生物演化而來？要回答這些問題，只有保存在古老巖層中的生物化石才能提供最直接的證據。

在地球生命歷史中，已知最古老的宏體真核生物組合是“埃迪卡拉生物群”，其中，產自加拿大北部距今5.79-5.65億年的“阿瓦隆生物群”（Avalon biota）出現的年代最早。而在此之前，可靠的宏體真核生物化石極為稀少，大家也普遍認為那個時期的真核生物主要是微體的，地球大氣圈中的氧氣含量也不足以支持宏體真核生物的大量發展。

袁訓來研究員領導的科研團隊對安徽省休寧縣藍田鎮附近的“藍田生物群”進行了大量的挖掘和深入研究，對早期宏體真核生物的演化和環境背景帶來了新的認識。

（1）產自埃迪卡拉紀早期藍田組黑色頁巖中的“藍田生物群”是迄今最古老的宏體真核生物群，時代限定在距今6.35—5.8億年之間，早于以往報道的所有埃迪卡拉生物群。

（2）該生物群不但包含了扇狀、叢狀生長的海藻，也有具觸手和類似腸道特征、形態可與現代腔腸動物或蠕蟲類相比較的后生動物。根據已有的發現，至少能識別出15個不同形態類型的宏體生物。它們形態保存完整，絕大部分類型具有固著裝置，表明它是一個底棲固著生長的宏體生物群。

（3）保存化石的頁巖微細層理發育，沒有發現任何水動力沉積和搬運的跡象，表明“藍田生物群”為原地埋藏保存，它們的生活環境應該在最大浪基面之下、透光帶之中。根據當時的古地理位置，以及參考現代海洋環境的標準，“藍田生物群”應該生活在靜水環境，水深在50米至200米之間。

該研究顯示了在新元古代“雪球地球”事件剛剛結束后不久，形態多樣化的的宏體真核生物，包括海藻和后生動物就發生了快速的輻射。同時也意味著，這個時期大氣圈中的氧氣含量有了明顯的升高，較深部海水已經由“雪球地球”之前的還原狀態轉變成了間歇性的氧化狀態，為宏體真核生物的生存提供了條件。

Nature 470,390－393 (17 February 2011)

施一公 教授

清華大學生命科學學院院長 清華大學醫學院常務副院長

清華大學生命科學與醫學研究院副院長

1967年5月生于河南駐馬店。1989年提前一年畢業并獲學士學位，1990年赴美留學。1995年獲約翰·霍普金斯大學生物物理博士學位。1998年1月獲聘美國普林斯頓大學分子生物學系助理教授，2001年10月獲得該校終身教職，2003年3月被聘為正教授，2007年4月受聘普林斯頓大學終身講席教授。2007年被聘為教育部長江學者講座教授。2008年2月至今，受聘清華大學教授。2009年，入選第一批“千人計劃”。2005年，當選華人生物學家協會會長。現任清華大學生命科學學院院長、醫學院常務副院長、生命科學與醫學研究院副院長。

2003年獲國際蛋白質學會(The Protein Society)頒發的“鄂文西格青年研究家獎”(Irving Sigal Young Investigator Award)，成為這一獎項設立17年以來首位獲獎的華裔學者。2010年因為對細胞凋亡通路中蛋白調節機制的深入研究而獲賽克勒國際生物物理學獎(The Raymond & Beverly Sackler International Prize in Biophysics)。

研究涉及細胞凋亡領域、膜蛋白結構與功能領域、蛋白降解與質量控制領域和SMAD蛋白信號轉導領域。主要運用結構生物學和生物化學的手段研究腫瘤發生和細胞調亡的分子機制，集中于腫瘤抑制因子和細胞凋亡調節蛋白的結構和功能研究，與重大疾病相關膜蛋白的結構與功能的研究，細胞內生物大分子機器的結構與功能研究。

王佳偉 助理教授

清華大學生命科學學院

2001年畢業于中國科學技術大學材料科學與工程系獲學士學位，2005年獲中國科學院物理研究所博士學位。2005年至2008年，美國阿崗國家實驗室/國立癌癥研究所蛋白質晶體學實驗室/SAIC-Frederick Inc.從事博士后研究；2008年至2011年，清華大學生物科學與技術系任高級工程師；2011年受聘于清華大學生命科學學院擔任助理教授。

主要從事膜蛋白晶體學研究：利用X射線晶體學解析與重大疾病相關的膜蛋白的晶體結構，同時探索利用細聚焦光束線測定微小膜蛋白晶體結構的技術，及微小晶體衍射相位的獲取和結構分析等關鍵科學問題。

MecA-ClpC復合物晶體結構

ATP依賴的可調控蛋白質水解廣泛存在于大多數生命體中，對于及時清除機體內的垃圾蛋白以及調節蛋白具有十分重要的作用。原核生物中負責這一功能的蛋白酶體由調節亞基-Clp/Hsp100家族成員同催化亞基ClpP兩部分組成。研究發現，Clp/Hsp100家族蛋白都是以六聚體形式執行功能。ClpC是Clp/Hsp100家族的重要成員，含有兩個AAA+(ATPasesassociatedwithdiversecellularactivities)結構域（核酸結合結構域），與該家族其它成員不同的是，ClpC的六聚體形成及其進一步的激活需要接頭蛋白MecA的參與。利用ATP水解的能量，激活后的六聚體MecA-ClpC分子能夠去折疊特異性蛋白質底物，并將生成的去折疊多肽鏈轉運到ClpP中降解。但是，MecA如何介導ClpC形成六聚體并激活ClpC的分子機制一直都沒有明確的解釋。

施一公教授領導的課題組首次解析了枯草芽孢桿菌內蛋白酶體調節亞基MecA-ClpC復合物的三個相關晶體結構，并結合大量的生化實驗數據，揭示了六聚體MecA-ClpC復合物的組裝方式，闡明了MecA介導ClpC激活的分子機理，并提供了MecA-ClpC執行功能的結構基礎。這些發現對揭密其它Clp/Hsp100分子機器的組裝方式也有很好的借鑒作用，并且為研究真核生物內更為復雜的泛素－蛋白酶體系統提供了方法論和實驗基礎。

Nature 471,331－335 (17 March 2011)

孫 革 教授

吉林大學古生物研究中心主任 沈陽師范大學古生物研究所所長

遼寧古生物博物館館長

1943年9月生，遼寧沈陽人。1968年畢業于長春地質學院。1979年至1984年，中科院南京地質古生物所研究生，1985年獲博士學位。1988年至1989年，英國大英博物館（自然史部）完成博士后研究。1995年至2000年，任中國科學院南京地質古生物所副所長，并歷任中國古生物學會秘書長（1997-2001）、國際古植物學會副主席（2000-2004）等。現為中國古生物學會古植物學分會理事長，《世界地質》(Global Geology)主編，美國佛羅里達大學（自然史博物館）名譽教授。中德合作新疆地質工作站中方主任，中國科學院生物多樣性重點實驗室學術委員會委員，中國古生物化石保護基金會專家委員會委員，遼寧省化石鑒定委員會委員。

曾獲2004年教育部提名國家自然科學一等獎，2005年李四光地質科學獎，1997年中國科學院自然科學二等獎等；2007年當選為長春市勞動模范。

主要從事古生物學、地層學，專長于中生代植物及早期被子植物研究。1998年至2002年，率課題組首次發現迄今世界最早的被子植物“遼寧古果”及“中華古果”，提出“被子植物起源的東亞中心”假說。在有關被子植物起源的祖先類群方面，古植物學界以往多流行“真花說”或“假花說”，而“遼寧古果”的發現卻表明，被子植物的祖先類群可能是現已滅絕的種子蕨類植物。這在全球被子植物起源研究方面是一個新的、重要突破。“遼寧古果”的發現，為破解達爾文的“討厭之謎”邁出重要一步，為解開這個謎團提供了重要依據。“遼寧古果”這一重大發現被評為“1998年中國十大科技新聞”和“1998年中國基礎研究十大新聞”。2002年，他和課題組又發現了與“遼寧古果”同時代的、迄今最早的被子植物“中華古果”，提出古果屬為被子植物的“基本類群”，新建了“古果科”。

中國一種白堊紀早期的雙子葉植物

被子植物又稱有花植物，而真雙子葉植物是被子植物的主要分支之一，以具有三溝型花粉為特征。人們平時常見的槭樹、柞樹以及毛茛科植物等都是真雙子葉植物。然而，由于早期真雙子葉植物的化石十分罕見，以往科學界對真雙子葉植物的早期類群及其祖先所知甚少。科學家們認為，這些化石在大致同時期的集中發現表明，在距今1．25億年前，早期被子植物在演化上可能有一個“加速期”或稱“爆發期”，這較之科學界以往的認識要早1000萬年左右。

孫革教授與美國印第安納大學的David L. Dilcher教授領導的由沈陽師范大學、吉林大學、中科院植物所和美國印第安納大學、佛羅里達大學科學家組成的課題組在我國東北遼寧凌源距今約1．24億年的地層中首次發現迄今最早的真雙子葉被子植物化石——“李氏果”。此前，科學家曾相繼在此發現了“遼寧古果”、“中華古果”、“十字里海果”等被子植物化石，其中“遼寧古果”更是被譽為迄今發現的地球上“最早的花”。這些已經發現的被子植物化石與此次發現的“李氏果”基本上都處于距今約1．24億年前至1．25億年前的地層。“李氏果”這一古老的真雙子葉植物非常接近現生的毛茛科植物，也是現生的大多數有花植物有直接系統演化聯系的迄今最早的“祖先”。‘中華古果’、‘十字里海果’以及‘遼寧古果’，盡管所處年代與‘李氏果’基本相當或稍早，但它們所屬的科級類群現在都已滅絕，而‘李氏果’所代表的真雙子葉植物現在仍有約25萬種，占整個被子植物種類的75%，這使得‘李氏果’成為迄今最早的與現生毛茛科被子植物有直接系統演化聯系的化石。”

這次發現的“李氏果”化石保存完好，形態特征與現生的毛茛科植物基本一致，在葉形、脈序和果實特征等方面特別像現生的鐵線蓮、翠雀花等。“李氏果”的發現填補了我國早白堊世早中期真雙子葉植物化石記錄的空白。孫革教授等人認為，被子植物也不可能剛一出現就進入“爆發期”，因此推斷，被子植物的起源還應該在“爆發期”之前，課題組今后將集中精力在距今約1．6億年前至1．8億年前的侏羅紀地層里去尋找更早的“花”。

Nature 471, 625－628 (31 March 2011)

圖2. 李氏果的假象圖。

饒 毅 教授

北京大學生命科學學院院長 北京生命科學研究所副所長

1983年畢業于江西醫學院（現南昌大學醫學院）。1985年獲上海第一醫學院（現復旦大學上海醫學院）碩士學位。1991年獲加州大學舊金山分校神經科學博士學位。1991年至1994年，哈佛大學生物化學與分子生物學系博士后。1994年至2004年，華盛頓大學(圣路易斯)醫學院解剖學與神經生物學系工作。2004年至2006年，任美國西北大學神經科學研究所副所長。2004年起任中國北京生命科學研究所資深研究員，學術副所長。2007年起任北京大學生命科學學院院長 。

現任西北大學神經內科學Elsa Swanson講席教授、美國西北大學Feinberg醫學院Feinberg臨床神經科學研究所研究主任、美國西北大學神經內科學教授、中國科學院生物物理研究所兼職博士生導師、中國科技大學兼職教授、國科學院自然科學史研究所兼職博士生導師。1998年獲國家杰出青年基金。

1999年，蒲慕明、吳建屏、魯白、梅林、饒毅建立中國科學院上海神經科學研究所。2000年，饒毅和吳家睿創立BIO2000研究生課程。2002年，德國科學家施瓦茨和饒毅創建中國科學院上海交叉學科研究中心。2004年，王曉東、鄧興旺和饒毅建立北京生命科學研究所。

主要通過多學科交叉，用分子生物學、遺傳學、神經生物學、心理學、化學分析、現代成像和電生理等綜合途徑，研究重要和基本社會行為。通過遺傳學途徑研究社會行為的分子機理。主要用果蠅和鼠研究同性間爭斗、異性間求偶、和親子間撫育等行為。用可以定量的實驗模型，觀察行為的模式和變化。用遺傳學方法，控制特定腦區神經活動，以確立腦中參與特定行為的區域。通過分析基因突變后的行為表型，找到調控行為的分子。希望理解一個行為執行需要的分子和神經通路，了解行為如何發育，行為發育的分子和細胞機理。在動物中，可以通過分析基因突變后的行為表型，篩選和找到調控行為的分子。在人類，通過全基因組分析，發現人群中與社會行為和認知相關的基因、以及基因與環境的相互作用。

雄性小鼠大腦中神經遞質五羥色胺的基因研究揭示性取向選擇的調節機制

從普通的社會交往、合作、競爭到政治、外交，這些由動物做出的針對其他動物的行為，統稱為社會行為。對于人類和其他社會動物而言，社會行為的重要性不言而喻。那么，社會行為的生物學機理是什么？動物腦中哪些分子和細胞決定和參與社會行為？這些都是有趣且重要的科學問題。求偶是一種基本的社會行為。求偶時必需做出的首要決定是選擇求偶對象，最簡單的選擇是選擇追求哪一性別。這個貌似簡單的行為選擇，科學家們對其生物學機理卻了解不多。一般兩性動物選擇異性，但是在多數動物種屬，從果蠅、羊、牛、猴到人，也一直有部分動物追求同性。這個看起來不易理解的現象，不僅是人類社會學的問題，也是生物學的問題。對于求偶選擇的分子生物學理解，最早見于果蠅。從1960年代發現第一個突變，到1996年發現第一個影響求偶選擇的基因，迄今已知有近10個基因參與果蠅求偶。但是，哺乳類的動物中迄今沒有證明如何與這些已知果蠅基因相關的基因參與哺乳類求偶。除了性激素以外，哺乳類只有兩個基因發現和求偶相關，它們編碼的蛋白質都表達在老鼠的鼻腔中，參與識別性別間差別。在中樞神經系統內，特別是腦內，迄今沒有發現參與求偶選擇的分子。所以，對于哺乳類求偶選擇的中樞調控理解很少。

饒毅實驗室近年發現，腦內的五羥色胺分子以及表達五羥色胺的神經細胞對于雄性求偶至關重要，從而揭示了哺乳類求偶調控的分子和細胞原理。五羥色胺（5-hydroxytryptamine，5-HT），又稱血清素，是一種重要的神經遞質。其最早從血清中分離出來。由于血腦屏障的存在，血液中的5-HT很難進入中樞，因此中樞和外周神經的5-HT分屬兩個功能不同的獨立系統。5-HT作為人體的內源性活性物質，與人體很多生理病理活動密切相關，作為神經遞質的5-HT，在腦內可參與多種生理功能及病理狀態的調節，如睡眠、攝食、體溫、精神情感性疾病的調節。

饒毅領導的研究團隊首先比較了野生型的小鼠與缺失中樞性血清素神經元的小鼠，前者表現出對于雌性的更強烈興趣（相對于雄性），而后者雖然沒有表現出嗅覺或者信息素傳感方面的缺失，但是卻失去了性別選擇的能力。而后，研究人員進一步通過敲除了涉及大腦中5-HT合成過程中的關鍵第一步的Tph2相關基因，導致腦中五羥色胺不能合成、或者含五羥色胺細胞的細胞不能生存，這時雄鼠面臨雌雄的時候，失去選擇，對雌雄同等追求。在成年鼠中，他們通過加入藥物，在缺乏五羥色胺的雄鼠中提高五羥色胺濃度，可以在幾十分鐘內，逆轉雄鼠的無偏好而重新偏好雌性。研究表明，在腦中調控求偶選擇起重要作用的有五羥色胺這種傳送神經細胞之間信息的分子（神經遞質），以及含五羥色胺的神經細胞（“五羥色胺能神經細胞”）。

Nature 472, 95－99 (07 April 2011)

顏 寧 教授

清華大學醫學院

1977年出生。2000年，畢業于清華大學生物系獲學士學位。2000年至2004年，普林斯頓大學分子生物學系在施一公教授指導下攻讀博士學位。2005年至2007年，普林斯頓大學分子生物學系從事博士后研究。2007年，受聘于清華大學醫學院擔任教授、博導。

2005年獲得由《Science》雜志和GE Healthcare評選的“青年科學家獎”(北美地區)。

主要科研領域與方向：人類基因組中編碼蛋白的所有基因約有30%編碼膜蛋白（membrane proteins）。膜蛋白在一切生命過程中起著關鍵作用，具有重要的生理功能。FDA批準上市的藥物中,約50%的作用靶點為膜蛋白。因此，對膜蛋白結構與功能的研究具有極高的生物學意義及醫藥應用前景。但是由于研究手段有限，對膜蛋白的生物學功能以及結構研究極為困難。

轉運蛋白（transport proteins）是膜蛋白的一大類，介導生物膜內外的化學物質以及信號交換。脂質雙分子層在細胞或細胞器周圍形成了一道疏水屏障，將其與周圍環境隔絕起來。盡管有一些小分子可以直接滲透通過膜，但是大部分的親水性化合物，如糖，氨基酸，離子，藥物等等，都需要特異的轉運蛋白的幫助來通過疏水屏障。因此，轉運蛋白在營養物質攝取，代謝產物釋放以及信號轉導等廣泛的細胞活動中起著重要的作用。大量疾病都與膜轉運蛋白功能失常有關，轉運蛋白是諸如抗抑郁劑，抗酸劑等大量藥物的直接靶點。

我們的研究興趣主要集中在次級主動運輸蛋白（secondary active transporters）的工作機理上。交替通路模型（alternatingaccess model）被用來解釋轉運蛋白的工作機理，在這個模型中，轉運蛋白至少采取兩種構象來進行底物的裝載及卸載：一種向膜外開放，一種向膜內開放。有許多結構和生物物理學證據支持這個模型。但是，仍有兩個最有趣的基本問題沒有解決。第一,主動運輸的能量偶聯機制是什么？第二，在轉運過程中，是什么因素觸發了轉運蛋白的構象變化？我們實驗室使用基于結構的研究手段對次級主動運輸蛋白進行研究，以期解決轉運蛋白工作機理中的基本問題。

尿嘧啶轉運蛋白UraA的結構和機制

核苷堿基作為DNA、RNA的重要組成成分，是各種生物必需的分子，而維生素C則在人類健康中起著關鍵的作用，眾所周知，維生素C的攝入不足會導致壞血病。多年研究證明各種核苷堿基以及維生素C的吸收由一類跨膜轉運蛋白家族NAT(Nucleobase/Ascorbate Transporter)蛋白介導。然而一直以來生物學家們對于NAT家族蛋白完成跨膜轉運的機制并不清楚。

核苷堿基-維生素C轉運(NAT)蛋白家族，又稱為核苷堿基-陽離子同向轉運載體2(NCS2)蛋白家族，在各種生物核苷堿基攝取的生理活動中發揮著重要作用。但是很長時間以來，這一大類蛋白的三維結構信息以及其發揮生理活性的機制一直不得而知。顏寧教授率領的科研小組自建立以來即致力于對膜轉運蛋白結構，特別是營養物質：質子共轉運蛋白的結構與分子機理的研究，并于2007年開始了對NAT家族蛋白的研究，首先選取了大腸桿菌尿嘧啶-質子共轉運蛋白(Uracil:proton Symporter)UraA這一該家族代表性成員作為研究對象，利用現代結構生物學的方法，終于在2010年4月首次獲得了UraA與底物尿嘧啶高達2.8埃的高分辨率三維精細結構。通過對三維晶體結構的分析，驚喜地發現：在擁有由14個跨膜片段形成的兩個反向重復序列的UraA蛋白中，存在著一種全新的蛋白折疊形式！在第3號和第10號跨膜片段間存在著一對反向平行的beta-折疊片，它們在蛋白結構的維持和蛋白底物的識別中發揮了重要作用。這一發現基本顛覆了一直以來對于膜整合蛋白結構的認知。過去25年的膜蛋白結構生物學研究似乎表明，膜整合蛋白的跨膜區或者只有alpha螺旋，或者只有beta折疊。唯一的例外是S2P蛋白，其在膜邊緣處還有三個beta折疊，由于是出于蛋白邊緣，還一度被專家質疑是否是由于體外結晶造成的結構變相。而UraA的結構毫無疑義地證明這alpha螺旋和beta折疊兩種蛋白二級結構可以在膜蛋白的跨膜區中同時存在，這已發現為研究膜蛋白的折疊和進化提供了重要線索。

進一步結構分析表明UraA在空間排布上呈現兩個明顯的結構域，即核心結構域和門控結構域。在已有的結構基礎上，他們通過大量的體內體外生化實驗進一步證明了該蛋白特殊結構的生理意義：蛋白底物尿嘧啶在跨膜轉運的過程中首先被準確地定位在兩個結構域之間，進而通過核心結構域和門控結構域之間的構像變化完成整個轉運過程。他們還發現了在底物識別共轉運中起關鍵作用的數個氨基酸。科研小組根據序列比較，進一步提出了NAT家族利用鈉離子或質子共轉運底物的分子機理。

Nature 472,243－246 (14 April 2011)

柴繼杰 教授

清華大學生命科學學院

1987年畢業于大連輕工業學院獲學士學位。1987年至1991年，丹東鴨綠江造紙廠助理工程師。1994年獲得石油化工科學研究院碩士學位。1997年，獲得協和醫科大學藥物研究所博士學位。1997年至1999年，中科院生物物理研究所博士后。1999年至2004年，普林斯頓大學博士后，清華大學施一公教授第一個博士后。2004年至2009年，北京生命科學研究所研究員。2009年至今，清華大學生命科學學院教授。

關注并研究在生物學及藥學應用中的重要大分子結構與功能。主要通過蛋白晶體衍射的方法及一些細胞生物學、生物化學等手段闡述這些生物大分子在結構和功能上的聯系。我們實驗室并不局限于已建立的研究框架，還在與北京生命科學研究所的其他研究小組合作，開展聯合研究項目。

一個正進行的研究方向將關注于組蛋白的共價修飾調控基因轉錄的分子機制，主要集中于組蛋白甲基化及去甲基化酶催化機理的研究。另外，一些調控蛋白如何特異性識別不同的組蛋白的共價修飾也屬于我們的研究范圍。我們另外的一個研究的領域是有關病原菌與宿主間的相互關系。在植物與動物體中，都編碼一類高度保守的蛋白質——NBS-LRR蛋白。這類蛋白對動植物種的免疫反應都具有很重要的作用。但是目前我么對病原體激活這類蛋白從而引起免疫反應的分子機制了解的還很少。我們正試圖通過結構生物學的方法結合生物化學手段重點研究這一問題。

BRI1識別油菜素內酯的晶體結構

在植物和動物中，受體激酶(receptor-like kinases，RLKs)介導了各種各樣的細胞信號傳導途徑。在動物細胞中，酪氨酸受體激酶和絲氨酸／蘇氨酸受體激酶的作用機理在許多報告中已被詳細闡明：配體通過識別并結合細胞外受體的相應的功能區，使受體發生雙聚作用，引起受體的磷酸化，從而激發其下游的一系列信號的傳導。然而，對于植物來說，有關RLKs的相應研究只在最近幾年才有一些突破性的工作。雖然在植物的基因組里可以推測到許多植物受體激酶基因的閱讀框，但這些受體是怎樣進行信號傳導還不是很清楚。 在這些植物受體激酶中，最大的一類是富亮氨酸重復(leucine-rice repeats，LRRs)的受體激酶(LRR-RLKS)。在擬南芥中至少含有200多個編碼這一類激酶的基因。這類LRR-RLKS參與了各種各樣的生物途徑，包括分生組織的生長調控，抗病性，激素信號傳遞，組織發育等。BRI1是LRR-RLKS家族的主要成員，過去的研究表明BRI1受體及其共受體BAK1在一種重要的植物激素油菜素內酯的識別中起重要作用。

柴繼杰教授領導的科研團隊報道了BRI1識別BL的晶體結構，結合生化實驗提出了BRI1活化的可能機制。結構顯示BRI1的胞外部分包括一個N端帽結構域、25個亮氨酸基序、一個C端帽結構域及位于21與22基序之間的島狀結構域。正如典型含豐富亮氨酸基序蛋白結構一樣，這些基序串聯在一起形成一個高度彎曲的螺旋管狀結構，圍繞中心軸旋轉了360度。與其它含豐富亮氨酸基序蛋白結構有區別的是BRI1由豐富亮氨酸基序形成的螺旋管狀結構異常扭曲，相對于第一個基序，最后一個基序通過右手螺旋圍饒中心軸上升了60埃。另一顯著的特點是在螺旋管的內側有一個島狀結構域。以前的生化實驗認為島狀結構域與臨近的亮氨酸基序參與配體油菜素內酯的識別。我們的晶體結構顯示島狀結構域確實參與了配體的結合，但是只有島狀結構域是不夠的，其需要與臨近的亮氨酸基序骨架共同構成一個可以容納配體的小坑，受體與配體形成了很好的形狀與電荷互補，BRI1蛋白與BL識別的作用力主要由疏水相互作用構成，這也可以解釋為什么受體可以結合許多結構不同的油菜素內脂化合物。復合物的晶體結構也提示，油菜素內脂的七元B環上的六位酮基氧和23位的羥基對于配體的選擇性是需要的。這些結構信息也有助于設計新的非油菜素內脂小分子，以達到根據需求控制植物的性狀來滿足人類的需要。同時，結合BL后BRI1的兩段肽段發生了明顯的構像變化，這些現象結合生化實驗結果為BRI1受體結合BL后如何活化提供了線索。

這一結構不僅解釋了BRI1是如何識別BL的，更重要的是以前人們認為，對于甾類激素例如雌激素主要是由胞漿或核內的受體識別。我們的結構揭示了一種存在于細胞膜上的全新的識別甾類激素的結構域。表明細胞膜上也可以做為甾類激素發揮作用的部位。對于哺乳動物甾類激素膜表面受體的認識也有重要啟示意義。

同時，在模式生物擬南芥中有至少含有200多個富含亮氨酸重復的受體激酶（在水稻中大約有600多個），這類LRR-RLKS參與了多種多樣的生物過程：調控分生組織的生長、抗病性、激素信號傳遞、組織發育等。BRI1晶體結構也為研究這一類蛋白提供了很好的范例。

Nature 474,472－476 (23 June 2011)

惠利健 研究員

中國科學院上海生命科學研究院

1997畢業于中國科學技術大學生物系獲學士學位。2003年獲中國科學院上海生命科學院上海細胞研究所博士學位。2004年至2008在奧地利維也納Institute of Molecular Pathology (IMP)從事博士后研究工作。2008年任中國科學院上海生命科學院上海生物化學和細胞研究所研究員。

主要從事肝癌細胞研究工作。肝癌作為一個全球范圍的惡性肝癌，在東南亞和中國的發生率尤其的高。在肝癌發生過程中，肝癌細胞常常產生基因的遺傳改變，同時肝癌內的基質細胞也經常表現出異常的功能。MAPK信號通路的異常激活近年來被發現和許多腫瘤發生有非常重要關系。我們實驗室最近的實驗結果表明p38αMAPK激酶抑制了肝癌細胞的增殖，而JNK1激酶的活化促進了肝癌細胞的增殖，從而在肝癌發生中起到關鍵的作用。但是，對這個信號通路的具體調節和其下游基因的功能還遠遠沒有被研究清楚。因此，我計劃利用轉基因小鼠模型來詳細研究p38和JNK MAPK通路在肝癌細胞和腫瘤基質細胞增殖，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發生中的作用，其目的是發現激活p38通路是否可以抑制肝癌的生長，從而在未來可以設計針對p38通路的肝癌治療藥物。其次，進一步研究抑制JNK和其下游的c-Jun通路是否可以應用于肝癌治療。這部分的工作包括發現JNK的特異性抑制劑，以及c-Jun及其下游基因在化療藥物誘導的肝癌細胞凋亡中的功能。最后，研究MAPK和AP-1基因在肝成纖維細胞中的功能，從而了解其在肝纖維化和肝硬化導致的肝癌中的作用。這個計劃所得到的結果將會大大增加我們對MAPK在肝癌中作用的認識。從應用角度來講，在這個課題中發現的抑制藥物可進一步被應用于肝癌治療的臨床試驗。

成纖維細胞重編程生成了成熟的肝細胞樣細胞

肝移植術是目前治療終末期肝病的重要技術，然而由于供體緊缺、免疫排斥等問題使得大量的肝病患者無法獲得及時有效的治療。繞開供體肝移植，生成患者自身的功能性肝細胞已成為了再生醫學的研究熱點。轉分化是指成體組織細胞改變其表型的一種現象，即在一定條件下控制發育方向的轉錄因子表達發生改變，從而使成體干細胞或分化細胞特定的分化狀態也發生改變。近年來隨著體外誘導條件的不斷發展及理論研究的深入，轉分化技術逐漸被科學家們廣泛利用到器官移植獲取具有修復功能的細胞研究中，科學家們利用轉分化技術已成功地誘導成體細胞重編程生成了血細胞、心肌細胞和神經細胞。然而直到目前為止對于研究者們而言利用這一技術獲得肝細胞卻仍是一個特殊的挑戰。惠利健研究員領導的科研團隊將在肝臟發育及功能中起重要作用的14種轉錄因子轉導至獲得的小鼠尾部成纖維細胞中，并對這些轉錄因子形成的多種組合進行了篩選。研究人員證實在轉導Gata4, Hnf1α和Foxa3，抑制p19的條件下即可將成纖維細胞誘導轉化為功能性iHep細胞。這些iHep細胞呈典型的上皮樣形態，表達肝基因，并顯示肝細胞功能。在隨后的實驗中，研究人員將這些iHep細胞移植到延胡索酰乙酰乙酸水解酶（Fah）基因缺陷的小鼠中。對照組小鼠僅在數周后全部死亡，而接受iHep細胞移植的12只小鼠中的5只得以存活下來。

新研究發現為研究人員獲得用于肝工程及再生治療的功能性肝細胞樣細胞提供了一條新的策略。惠利健研究員表示在接下來的研究中他的研究團隊將致力將這一研究成果轉化到人類細胞上。

Nature 475,386－389 (21 July 2011)

徐 星 研究員

中科院古脊椎動物與古人類研究所

1969年出生于新疆。1992年獲北京大學地質學系古生物與地層學專業學士學位。1995年獲中國科學院古脊椎動物與古人類研究所（IVPP）古脊椎動物學專業碩士學位，并留所從事研究工作。2001年在美國紐約自然博物館從事短期研究工作。2002年獲古脊椎動物與古人類研究所古脊椎動物學專業博士學位。2003年起任古脊椎動物與古人類研究所研究員。

2001年，獲國家杰出青年基金資助，并入選美國國家地理學會豐田計劃，成為全球11位入選科學家之一。2003年，獲得中科院首屆杰出科技成就獎（集體，排名第二）。2004年，入選新世紀百千萬人才工程國家級人選。2005年，獲得全國優秀博士學位論文和馬塔切納基金會授予的馬塔切納青年優秀論文獎。2007年，獲得中科院第九屆杰出青年。2007年，獲得第十屆中國杰出青年科技獎，并獲得中科院杰出青年稱號。

主要從事中生代恐龍化石及相關地層學的研究工作，研究工作涉及分類學、系統學、形態功能學、古動物地理學和骨組織學等諸多領域。在分類學方面，已發現和命名恐龍新屬種達30余種，包括世界上已知最早的暴龍類、鐮刀龍類、竊蛋類、傷齒龍類、馳龍類以及角龍類的化石，世界上第一個保存睡眠信息的恐龍標本，世界上最小的甲龍標本，世界上最小的成年非鳥獸腳類恐龍標本，世界上最早的虛骨龍類化石和世界上最早的保存羽毛的非鳥恐龍化石。在暴龍類、鐮刀龍類、竊蛋類、傷齒龍類、馳龍類以及角龍類等許多類群的形態學、分類學、發育學、系統學以及形態功能學等方面的工作分別代表這些研究方向近年來最重要的成果之一。

中國發現的類始祖鳥獸腳龍及鳥翼類的起源

始祖鳥于1861年被命名。標本發現于德國索倫霍芬地區晚侏羅世時期沉積的地層中。作為最原始也是最古老的鳥類，始祖鳥從一開始發現就成為了進化論研究的標志性物種。在過去的150年中，有關始祖鳥的研究從沒間斷，有關于始祖鳥的飛行能力、生態行為，甚至一些形態特征一直存在著爭論，但作為最原始鳥類的地位幾乎沒有受到質疑，一直處在鳥類起源研究的核心位置。

不久前，徐星等人在我國遼西地區發現了大約1.6億年前沉積地層中產出的一件小型恐龍標本。研究者們基于這件標本命名了“鄭氏曉廷龍”。 鄭氏曉廷龍重約800克，代表迄今發現的最小的小型獸腳類恐龍之一。它的錐形齒以及長而粗壯的前肢與原始鳥類極為相似，它特化的足部具有恐爪龍類所有的特化第二趾，它的后肢發育長長的飛羽，呈現出典型的四翼狀態。研究者發現，鄭氏曉廷龍代表與生存于德國侏羅紀晚期的始祖鳥親緣關系非常近一種小型獸腳類恐龍。基于近年來發現于中國的大量小型獸腳類恐龍和早期鳥類標本上提供的新信息，尤其是來自鄭氏曉廷龍的新信息，結合始祖鳥形態分析，徐星等人對似鳥恐龍和早期鳥類的系統發育關系進行了重新分析。分析結果令人非常意外：他們的研究顯示始祖鳥不屬于鳥類，而是原始的恐爪龍類。恐爪龍類是一類與鳥類親緣關系很近的恐龍，分布范圍很廣，從侏羅紀中晚期的亞洲到白堊紀晚期的南美洲和非洲。

Nature 475, 465－470 (28 July 2011)

圖4. 鄭氏曉廷龍在虛骨龍類中系統進化位置。

虛骨龍類（Coelurosauria）又名空尾龍類，是群多樣性的獸腳亞目恐龍，包含許多次演化支，例如：暴龍超科、似鳥龍下目、以及手盜龍類（也包含鳥類）。虛骨龍類的范圍為：獸腳亞目中，所有親緣關系接近鳥類，而離肉食龍下目較遠的物種。目前的有羽毛恐龍幾乎都屬于虛骨龍類，使許多科學家認為大部分虛骨龍類擁有某種程度的羽毛。

鳥翼類（Avialae）又名初鳥類，美國Gauthier于1986年建立，用以作為現生鳥類及與其更為接近的所有鳥類的總稱。有不少學者認為，由于始祖鳥被視作原始鳥類已經有100余年了，因此最好還是將始祖鳥、現生鳥類以及它們最近的共同祖先都包含在鳥綱之內；同時將新鳥類（Neornithes）定義為現生鳥類類群。后一種觀點將鳥翼類定義為一個基干類群單元，它包括新鳥類以及那些與它們親緣關系更為接近而與恐爪龍下目關系更遠的類群。在這種情況下，鳥翼類與恐爪龍下目構成一組基干姐妹群關系。

章曉中 教授

清華大學材料科學與工程系 清華大學先進材料教育部重點實驗室副主任

1982年1月在復旦大學物理專業（77級）獲學士學位。1984年10月在上海交大固體物理專業獲碩士學位。1985年至1989年獲國家公費獎學金在牛津大學材料系攻讀博士學位。1989年獲牛津大學博士學位。1989年至1992年，在英國皇家研究院任博士后研究員。1992年至1999年，在新加坡國立大學物理系做教師，歷任研究員、講師、高級講師。1999年8月回國后被聘為清華大學材料科學與工程系的外籍教授、博導。1999年至2006年，擔任清華大學電子顯微鏡實驗室主任，清華大學材料院中心實驗室副主任。目前擔任先進材料教育部重點實驗室副主任、全國納米技術標準化技術委員會副主任委員、中國分析測試協會咨詢委員會委員、全國微束分析標準化技術委員會顧問。

主要在自旋電子學材料與器件、多鐵性材料、碳材料、太陽能電池材料領域進行研究。

硅的低場磁電阻的幾何增強

磁傳感器是一種可以將各種磁場及其變化的量轉變成電信號輸出的裝置，廣泛應用于社會生活的方方面面，如探測、采集、存儲、轉換、復現和監控各種磁場和磁場中承載的各種信息，世界上用的最多的磁傳感器就是計算機用的讀出磁頭。可以說，它已經成為信息技術和信息產業中不可缺少的基礎原件。隨著信息產業、工業自動化、交通運輸、電力電子技術、家用電器等的智能化和進一步發展，磁傳感器的應用有著無限的空間。以前磁傳感器一直用磁性材料和稀土材料制作，由于近年來稀土價格暴漲，研究人員一直在尋找便宜的替代材料。

早些時候，人們在一些非磁性半導體中發現了由非均勻性導致的異常巨大的磁電阻效應（IMR）和線性的磁場依賴關系，因而激起了人們極大的研究興趣。理論研究認為材料中載流子遷移率的波動導致了IMR。法國科學家艾爾伯·費爾和德國科學家皮特·克魯伯格就因發現巨磁電阻效應而獲得2007年度諾貝爾物理獎。

章曉中研究組的研究表明在摻雜濃度極低的硅中，可通過少數載流子注入的方式引入遷移率的空間非均勻性，從而增強IMR效應。經由少子注入，施加一定的電流，可以在硅中產生了一個少子區和多子區的邊界（一個動態的p-n結）。在這個邊界附近，載流子遷移率的波動被放大，因此磁電阻也得到了極大的增強。利用這一原理，章曉中教授研究組設計了一種硅基IMR的原型器件(圖1(a))。通過調控器件的幾何結構，這種器件的室溫磁場靈敏度顯著增強，在0.07特斯拉和0.2特斯拉下分別實現了10%和100%的磁電阻（圖1(b)和(c)），接近了商用巨磁阻(GMR)器件的水平。隨著器件的微型化和結構優化，器件性能還能繼續提升。

這種兼具低場靈敏度和巨磁電阻效應的硅基IMR器件可以覆蓋從0.05特斯拉到至少數特斯拉的磁場范圍，因而對磁傳感器工業具有非常大的吸引力。特別是考慮到該器件是基于傳統的半導體硅材料，因而這種器件還可以很方便地集成到傳統的硅基微電子工業中，從而推動傳統金屬基磁電子學向半導體基磁電子學特別是向硅基磁電子學的升級。目前磁傳感器/讀出磁頭由磁性金屬材料制造，邏輯控制部件由硅制造，今后采用硅基磁電阻器件，傳感器和控制部分可以集成在同一個硅片上。更進一步，考慮到硅是目前制備太陽能電池的主流材料，還可以在同一硅片上制備一個太陽能電池，從而制備出不用外接電源的自驅動磁傳感器。硅基IMR器件的發明將對目前的磁傳感器和磁存儲工業帶來革命性的變化。

Nature 477, 304－307 (15 September 2011)

圖5. 硅基IMR器件的結構和它的磁阻與幾何結構W/L的關系（a）; 強磁場(b)和低磁場(c)下硅樣品的電阻與磁場的依賴關。

邵 峰 高級研究員

北京生命科學研究所

1996年，畢業于北京大學技術物理系獲應用化學專業學士。1999年獲中國科學院生物物理所分子生物學碩士。2003年獲美國密西根大學醫學院生物化學博士。2003年至2004年，美國加洲大學圣地亞哥分校醫學院博士后。2004年至2005年，哈佛大學醫學院博士后。2005年至2009年，北京生命科學研究所研究員。2009年至今，北京生命科學研究所高級研究員。

研究興趣集中在病原細菌感染宿主和宿主先天性免疫防御的分子機制。對于細菌感染來說，通過特殊的分泌系統向宿主細胞中注入毒素效應蛋白是病原細菌普遍采用的重要致病機制。這些效應蛋白往往以非常有效的方式作用于宿主信號轉導中的關鍵分子，使其發生功能紊亂。效應蛋白的作用有利于細菌在宿主中的生存和進一步感染。我們的研究以多種臨床上常見的病原菌（Shigella, Salmonella, Enteropathogenic E. coli, Legionella 以及Burkholderia）為模式，著眼于發現并揭示效應蛋白在抑制真核細胞重要信號轉導通路中的一些新的、較為普遍的生物化學機制。

NLRC4炎性受體由鞭毛蛋白分子和三型分泌系統組裝

革蘭氏陰性致病菌的鞭毛系統和三型分泌系統都是具有通道結構的分子轉運系統，且在進化上有相關性。前者的主要功能是負責細菌的運動。而后者通過向宿主細胞內分泌毒力效應蛋白，從而干擾或阻斷宿主中重要的信號轉導通路，是細菌致病的重要機制。同時，宿主的免疫系統也已發育出多個層次的防御機制；主要分為先天性免疫和獲得性免疫。巨噬細胞作為先天性免疫的重要組成部分在識別和感受來自病原菌的分子、進而拮抗和清除病原菌感染中發揮著重要作用。

炎癥小體（inflammasome）是繼Toll樣受體介導的先天性免疫反應信號通路后、最近幾年剛剛發現的又一個主要存在于巨噬細胞中的重要免疫感受和激活的信號通路。炎癥小體被認為是由一類存在于細胞內的NOD樣受體分子介導組裝。炎癥小體在感受到來自病原菌的信號分子后，通過激活炎癥性caspase-1，進而導致白介素（IL-1β和IL-18）等炎癥因子的成熟和分泌以及一種稱為“pyrotosis”的特殊細胞死亡的發生。炎癥小體的激活為機體提供對致病菌的抵御作用。此前的研究僅僅知道個別NOD樣受體分子（比如NLRC4）對于感受特定的病原菌分子（如鞭毛蛋白分子）是必不可少的，但還未有任何NOD樣分子被證明為具有受體的功能，在激活炎癥小體信號通路中起作用。

邵峰研究員領導的科研團隊報道了一類叫做NAIP的、具有BIR結構域的新型NOD樣受體分子，并首次證實了這類分子具有受體的功能，可以直接識別和結合來自病原菌的不同配體分子。小鼠的基因組編碼7個NAIP家族的蛋白分子，其中4個（NAIP1, NAIP2,NAIP5和NAIP6）在通常使用的實驗小鼠品系有表達。該文章通過大量的生物化學和細胞生物學的實驗證明了NAIP5以及和NAIP5最為相似的NAIP6能夠特異性識別并直接結合病原菌的鞭毛蛋白分子，從而通過和NLRC4發生進一步相互作用進而激活Caspase-1和炎癥小體介導的巨噬細胞先天性免疫反應。利用噬肺軍團菌以及沙門氏菌的遺傳敲除和感染的實驗，他們也證明了NAIP5在巨噬細胞感受鞭毛蛋白分子進而激活caspase-1炎癥信號通路中必不可少的作用。

邵峰小組還發現NAIP2具有和NAIP5類似的，作為受體分子介導NLRC4炎癥小體組裝和激活的功能，但NAIP2并不識別鞭毛蛋白，而是特異性識別三型分泌系統的基座組成蛋白分子(rod component)，進而和NLRC4組裝成活性的炎癥小體。這種由NAIP2介導的炎癥小體的激活在巨噬細胞感受和拮抗腸致病大腸桿菌和沙門氏菌的感染中起到重要的作用。與小鼠不同的是，人的基因組只編碼一個NAIP家族分子（hNAIP）。他們發現人源的巨噬細胞對鞭毛蛋白和三型分泌系統的基座蛋白分子都沒有響應，卻對一種叫做紫花色桿菌（Chromobacterium violaceum）的病原菌感染有很強的反應，進一步通過對紫花色桿菌的遺傳敲除分析，邵峰小組的研究人員發現紫花色桿菌引起的炎癥小體的激活是由于人的hNAIP也可以作為受體分子特異性識別三型分泌系統的另外一個用于形成通道的“Needle”蛋白分子。進一步的實驗發現，和基座蛋白分子一樣，很多來自不同病原菌的三型分泌系統的“Needle”蛋白分子都具有刺激炎癥小體介導的先天性免疫反應的活性。這項研究首次確立了小鼠的NAIP5分子是感受和識別病原菌鞭毛蛋白分子的胞內免疫受體，同時也確立了整個NAIP家族的NOD樣蛋白分子是一類普遍的可以感受不同病原菌分子、進而激活由NLRC4介導的炎癥小體的受體分子。另外，這項研究工作也明確提出了病原菌三型分泌系統本身也是一類會被宿主免疫系統感受的病原菌模式分子（pathogen-associated molecular patterns, PAMP），不同的三型分泌系統組成分子分別由不同的NAIP家族受體分子所識別。該研究成果也預示其它的NAIP家族成員很可能是識別其它類似病原菌分子的炎癥小體受體分子。整個研究工作對深入理解和揭示炎癥小體介導的先天性免疫信號通路的機制有著重要的指導意義和極大的推動作用。

Nature 477,596－600 (29 September 2011)

徐國良 研究員

中國科學院上海生命科學研究院生物化學與細胞生物學研究所

1985年畢業于杭州大學（現浙江大學)生物系獲學士。1989年獲中國科學院遺傳所碩士學位。1993年獲德國馬普分子遺傳學研究所博士學位。1993年1994年，德國馬普分子遺傳學研究所博士后。1994年至1995年，新加坡國立大學生命科學中心實驗室主任。1995年至2000年，美國哥倫比亞大學遺傳發育系博士后。2000年至2001年，美國哥倫比亞大學醫學系，博士后。2001年至2006年，任中國科學院與德國馬普學會國際合作青年科學家小組組長。2002年入選中科院“百人計劃”，并獲得“國家杰出青年科學基金”。

主要從事動物發育(包括胚胎與成體干細胞分化)過程中DNA甲基化及組蛋白修飾在基因表達調控中的作用及其分子機理的研究。多細胞生物的個體發育是一個復雜而奇妙的過程，從最原始的一個受精卵細胞發育成由不同細胞類型組成的個體，細胞的多樣性在時間與空間上被體現出來。而這些不同細胞類型的大部分基因序列并沒有改變，那么各種基因是如何實現時間空間上的表達調控等問題成為了后基因組學時代重大的科學研究問題。以染色質共價修飾為主要標志的表觀遺傳學(epigenetics)，基于其不改變基因序列而引起可遺傳的基因轉錄調控理論，為解決這一科學問題提供了一個新的研究方向。

越來越多的研究顯示，包括腫瘤與神經退行性疾病在內的所有人類疾病，都是遺傳和環境因素共同作用的結果，其中環境因素的作用占有非常重要的地位。表觀遺傳網絡作為整合細胞內外環境因素與基因組遺傳信息的媒介，直接調控基因表達，決定細胞增殖、分化與功能特化，在正常的生命活動中起到不可或缺的作用。表觀遺傳學研究因其作用廣泛、影響深遠，已經引起了越來越多的重視并成為目前生命科學研究中炙手可熱的領域。

采用生物化學、細胞生物學和遺傳學（包括基因組學）相互依托的實驗手段致力于探索：DNA甲基化譜式是如何在胚胎發育早期建立起來的？是否存在新的堿基修飾形式？胚胎干細胞與成體干細胞自我更新與分化是如何達到平衡的？哪些因素導致了 這一平衡的改變而導致腫瘤和疾病發生？對表觀遺傳信息調控的研究將有助于了解生長發育與疾病發生發展的分子機理，為維護人類健康尤其是再生醫學的技術開發提供理論依據。

Tet3 DNA雙加氧酶在卵細胞重編程中的作用

受精是精子和卵細胞融合為一個合子（受精卵）的過程，是動物個體發育的起點。然而，受精并不是簡單的精卵結合。為了形成一個具有發育全能性的早期胚胎，卵細胞需要對來源于精子的父本基因組進行一系列的重編程（reprogramming），其中最為重要的一項就是基因組DNA的去甲基化。這種在合子中，父本基因組上的特異去甲基化為何發生以及怎么發生，一直是表觀遺傳學領域重要的有待解釋的問題之一。

徐國良研究員領導的科研團隊發現，卵細胞來源的母源因子Tet3加氧酶負責父本基因組DNA胞嘧啶甲基的氧化修飾，從而啟動DNA的去甲基化，進一步激活Oct4和Nanog等全能性基因的表達。卵細胞內特異性敲除Tet3的母鼠生育力顯著下降，其大部分胚胎在著床后發生退化，被母體吸收。此外，Tet3在動物克隆過程中對移入卵細胞的供體細胞DNA的重編程也發揮著重要的作用。這一發現提示，動物克隆和自然受精過程很可能采用了同樣的重編程機制。該研究成果使人們對早期胚胎發育中的重編程過程有了更清晰的認識，也為提高動物克隆效率帶來了新的理論依據，有可能在分子機制上為不孕不育癥提供新的詮釋。

Nature 477,606－610 (29 September 2011)

圖6. Tet3缺乏會影響胚胎發育。

王 俊 教授

深圳華大基因研究院

1977年生。1997年畢業于北京大學。2002年獲得北京大學生物信息學博士學位。1999年至今從事基因組學，生物信息學研究，組織實施了家蠶、家雞、家豬、水稻、炎黃等多個重大基因組計劃，在基因組組裝，基因注釋，比較基因組，基因進化，表達分析等方面取得多項研究成果。2008年獲國家杰出青年基金，先后獲得“中國科學院杰出科技成就獎”、“中丹合作科學獎”，“新世紀百千萬人才工程國家級人選”、“中國科學院重大創新貢獻獎”等多項榮譽。現任華大基因執行總裁、深圳華大基因研究院常務副院長，丹麥奧胡斯大學人類遺傳學研究所/南丹麥大學人類遺傳學生化及分子生物學系、北京大學生命科學學院客座教授。

張國捷 博士

深圳華大基因研究院科學系副主管

深圳華大基因研究院比較基因組學與演化生物學中心主管

2004年畢業于廈門大學生命科學學院。2005年考入中國科學院昆明動物研究所中德馬普進化基因組學小組進行研究生學習。

主要從事生物信息學方向相關課題的研究，借助生物信息學手段對基因組數據進行分析,希望在基因組水平上了解生物進化過程中其結構與功能單元產生的機制及選擇的作用。

基因組分析揭示裸鼴鼠長壽的生理機制

由韓國梨花女子大學和華大基因共同主導完成的裸鼴鼠基因組公布。該研究首次從基因組、轉錄組水平上對裸鼴鼠奇特的生物學特性進行了詮釋，不僅有助于科學家們更加清楚地闡明裸鼴鼠能在黑暗、低氧等惡劣環境中生存并且能夠保持長壽和抗癌的生理機理，同時對促進其他生物學和生物醫學研究也具有十分重要的意義。

裸鼴鼠是一種分布于東非部分地區的挖掘類嚙齒目動物，也是目前僅有的兩種真社會性哺乳動物之一（另一種是達馬拉蘭鼴鼠）。它們居住在地下洞穴，全身無毛，牙齒外突，狀如香腸，是世界上最丑陋的動物之一。由于它們終生生活在黑暗的地下，眼睛高度退化，幾乎完全喪失了視覺，僅依靠身體兩側的觸須來辨認方向。裸鼴鼠雖屬哺乳動物，但是它們卻像冷血動物一樣，通過與環境的熱交換來調節體溫，這種現象在哺乳類動物中實屬罕見。科研人員采用新一代測序技術對一只雄性裸鼴鼠進行測序、組裝和注釋，判斷出裸鼴鼠的基因組大小約為2.6Gb，并預測其含有22,561個基因。通過研究分析發現，裸鼴鼠和大鼠、小鼠的祖先約在7300萬年前分化，其基因組有93%的區域與人或大鼠、小鼠保持較好的共線性關系。同時，研究人員利用比較轉錄組的方法，研究了不同年齡之間、暴露在不同氧氣濃度下的裸鼴鼠的轉錄表達差異，鑒定出一批可能與衰老、低氧適應有關的基因。

研究人員發現，TERT等衰老調控基因的穩定表達，可能與裸鼴鼠的長壽相關；p16Ink4a與p19Arf的獨特調控機制可能是裸鼴鼠抗癌的重要因素；HIF1a和VHL的特異突變可能是裸鼴鼠具有低氧耐受性的原因之一。此外，研究人員還發現在裸鼴鼠基因組中有200多個基因發生了功能缺失，其中有10多個基因與視覺相關，這可能與裸鼴鼠視力的退化有重要關系。這些基因的缺失為研究人員從分子水平上深入探討裸鼴鼠視力退化、體溫調節發生障礙、無疼痛感、無毛等奇特生物適應性退化研究奠定了堅實的科研基礎。

Nature 479,223－227 (10 November 2011)

圖7. UPC1基因序列獨特變化及其在體溫調節中的作用。