生物科學

植物氮素利用

天津大學表層地球系統科學研究院劉學炎教授與日本京都大學和美國海洋生物實驗室等研究者合作，開展極地苔原、溫帶森林、熱帶亞熱帶森林植物硝酸根來源和利用機制的原位研究，論文發表于《美國科學院院報》。研究采用新穎的硝酸根氮、氧同位素地球化學方法原理，結合土壤氮狀態、植物氮吸收和酶還原等指標，揭示土壤硝酸根是極地苔原植物的重要氮源。這更新了極地苔原植物氮有效性評價的認識，對更準確理解極地生態系統氮、碳動態及其隨環境如何變化具有重要意義。進一步量化了低緯度地區植物對大氣硝態氮的直接吸收，強調應用穩定同位素研究大氣氮污染的作用。

大氣沉降—植物—土壤系統硝酸根分布關系研究（天津大學）（圖片來源于PNAS）

不同生態系統植物葉、根硝酸根離子濃度。（圖片來源于PNAS）

果蠅tsRNA的作用機制

北京大學生命科學學院陸劍課題組報道了果蠅中來源于tRNA的小RNA（tRNA-derived small RNAs， tsRNA）對靶基因的調控機制和在脅迫應答中的重要作用，論文發表于Nucleic Acids Research。研究提出了果蠅細胞中“tsRNA連環計”的脅迫應答模型。在脅迫條件下，生物體的細胞翻譯水平通常會下調。在“tsRNA連環計”模型中，首先tsRNA的生成會減少細胞中tRNA的豐度從而降低細胞整體翻譯水平；其次tsRNA通過序列互補特異性抑制細胞翻譯系統關鍵組分蛋白的mRNA自身翻譯，從而降低細胞的整體翻譯水平。基于tsRNA的連鎖反應使得細胞能夠迅速高效的產生脅迫應答。

豐富多樣的膳食纖維使人體腸道內特定有益菌群升高

上海交通大學生命科學技術學院趙立平教授領導的國際合作團隊在腸道菌群中發現糖尿病營養干預的新靶標，研究論文發表于《科學》。該研究提出以生態學上的“功能群（guild）”來研究腸道菌群中的成員在人體健康和疾病中的作用，說明通過增加腸道中功能活躍的重要細菌成員來恢復或增強腸道生態系統中失去或減少的重要功能，是重建健康腸道菌群的關鍵，能夠幫助宿主改善疾病表型。該研究不僅為研究腸道菌群與慢性代謝性疾病的關系提供了可以借鑒的思路和分析方法，也說明以腸道關鍵菌為靶點進行個性化營養干預來調控腸道菌群是控制2型糖尿病的新的有效手段。

RNA m6A調控新機制

復旦大學生物醫學研究院刁建波、施揚、石雨江團隊和芝加哥大學何川課題組合作，開展Zc3h13調控核RNA m6A甲基化修飾及小鼠胚胎干細胞自我更新的研究，論文發表于Molecular Cell。研究發現Zc3h13對m6A的調節是通過控制復合物成員WTAP/Virilizer/Hakai的細胞定位而發生作用的。抑制Zc3h13表達導致復合物成員WTAP、Virilizer及Hakai蛋白發生由細胞核向細胞質的轉移，同時伴隨甲基轉移酶Mettl3和Mettl14蛋白核內組分的減少，從而抑制m6A的形成。在細胞中敲低WTAP、Virilizer和Hakai，Zc3h13的核內定位并不受影響，這提示了Zc3h13在該復合物的細胞定位中具有獨特的作用。

新繪制人腦前額葉發育的單細胞圖譜揭示神經元分化成熟機制

北京大學北京未來基因診斷高精尖創新中心、生命科學學院生物動態光學成像中心湯富酬研究組和中國科學院生物物理研究所王曉群研究組，與北醫三院喬杰研究組、首都醫科大學附屬安貞醫院張軍研究組聯合，利用單細胞轉錄組測序手段，繪制了人腦前額葉胚胎發育過程的單細胞轉錄組圖譜，解析了人類胚胎大腦前額葉發育的細胞類型多樣性及不同細胞類型之間的發育關系，論文發表于Nature。該研究揭示了神經元產生和環路形成的分子調控機制，并對其中關鍵的細胞類型進行了系統的功能研究，為繪制最終完整的人腦細胞圖譜奠定了重要的基礎。

前額葉皮層神經元產生的兩個關鍵爆發期（圖片來源于北京大學）

人腦前額葉細胞發育圖示（圖片來源于北京大學）

藍藻生物學研究進展

西北農林科技大學李明副教授、澳大利亞河流所肖曼博士生以及英國生態學與水文學研究中心Colin Reynolds教授合作，闡明了微囊藻群體形成機理以及形成群體對水華發生的作用，論文發表于Biological Reviews。研究提出了微囊藻群體形態變化的途徑和可能的誘導因素，解決了在室內培養條件下不能誘導單細胞形成與野外形態類似的群體這個該領域全球性難題。該理論認為微囊藻單細胞在形成粗糙群體后，會逐漸轉變為魚害微囊藻、惠氏微囊藻和銅綠微囊藻群體形態，這個過程與大多數湖泊中微囊藻群體形態的季節演替相同。文章進一步概括了微囊藻形成群體的根本作用。

蛭類鎮痛或麻醉作用的機制研究

中國科學院昆明動物研究所賴仞研究員，中國科學院昆明植物研究所羅曉東研究員、廣州軍區廣州總醫院孫朝暉教授等，從森林山蛭唾液腺中分離出一個全新的神經毒多肽家族，并將其命名為HSTX，研究論文發表于《藥理學界》。這個毒素家族的成員含有23至25個氨基酸殘基、擁有2個分子內二硫鍵，并通過阻斷動物體內的部分鈉離子通道，發揮神經毒活性。森林山蛭為山蛭科山蛭屬動物，主要棲息在潮濕的山區草地或水域附近，體長約3厘米，在印度尼西亞、緬甸、越南、印度以及我國云南等地均有分布。與水蛭相比，山蛭個體偏小，單次吸血量少，需要多次進食。

組蛋白甲基化轉移酶調控昆蟲性別的分子機制

中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所譚安江研究組和黃勇平研究組，報道了組蛋白甲基化轉移酶Ash2調控家蠶性別的分子機制，論文發表于PLOS Genetics。家蠶組蛋白甲基化轉移酶Ash2受到piRNA結合蛋白Siwi的特異性調控，其表達在Siwi突變體中被下調。Ash2和Siwi突變體都呈現出雌性個體雄性化的特征，揭示了Ash2和Siwi在家蠶的性別決定機制中發揮了類似的功能。而在Ash2突變體中Siwi蛋白的表達和組織定位均未受到影響，表明Ash2不是作為Siwi的上游因子發揮作用。免疫共沉淀結果證實Ash2可以直接結合Siwi蛋白，說明Ash2可以作為Siwi的co-factor參與家蠶的性別決定。