近年來，中國基礎(chǔ)研究進(jìn)步明顯，在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊上中國科學(xué)家發(fā)表的高水平學(xué)術(shù)論文也越來越多，部分研究領(lǐng)域經(jīng)常會有重大突破性進(jìn)展。

　　《自然》(Nature)、《科學(xué)》(Science)和《細(xì)胞》(Cell)作為目前國際上最頂尖的學(xué)術(shù)期刊，每期發(fā)表文章數(shù)量都很少，發(fā)表文章基本也代表了相關(guān)領(lǐng)域的頂尖研究成果。此前，青塔已經(jīng)多次報(bào)道2018年前5個(gè)月中國高校和科研院所發(fā)表的部分CNS文章。

　　進(jìn)入6月份，這種勢頭依然非常強(qiáng)勁。今天(6月8日)，中國科學(xué)家又連發(fā)3篇Science，這種情況非常罕見。其中，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)科院等合作發(fā)表1篇，中科院上海生化細(xì)胞所、武漢大學(xué)宋保亮研究組與新疆醫(yī)科大學(xué)馬依彤合作組等聯(lián)合發(fā)表1篇，中國科學(xué)院生物物理所的章新政教授與李梅教授等合作發(fā)表1篇。

　　南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國農(nóng)科院等合作發(fā)表一篇Science

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　　最近，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院副院長、中國工程院院士萬建民領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)解析了水稻粳稻與秈稻雜種不育問題及遺傳特性，發(fā)現(xiàn)自私基因系統(tǒng)控制水稻雜種不育，并影響稻種基因組的分化。該研究有望解決水稻雜種不育難題。相關(guān)研究成果6月8日在線發(fā)表于《科學(xué)(Science)》期刊。

　　自私基因是指雙親雜交后，父本或母本中能控制其自身的DNA片段優(yōu)先遺傳給后代的基因。它使親本自身的遺傳信息能更多、更快地復(fù)制，并能更多地傳遞給子代，其遺傳不符合孟德爾遺傳規(guī)律。2017年《科學(xué)(Science)》曾報(bào)道了小鼠和線蟲自私基因的非孟德爾遺傳現(xiàn)象。這些研究表明在動物中自私基因驅(qū)動了基因組的進(jìn)化，并影響了物種自身的穩(wěn)定性。但關(guān)于植物的相關(guān)研究尚未有任何報(bào)道。

　　雜交稻對解決我國糧食安全問題作出了巨大貢獻(xiàn)。但如何進(jìn)一步提高雜交稻的產(chǎn)量，急需尋找新的技術(shù)途徑。研究表明，水稻秈粳亞種間雜交稻比目前的雜交稻能進(jìn)一步提高單產(chǎn)15%-30%，但秈粳雜種存在半不育的問題，嚴(yán)重制約了秈粳雜交稻產(chǎn)量的提高。萬建民院士團(tuán)隊(duì)在解決這一難題上取得了突破性進(jìn)展。

　　研究發(fā)現(xiàn)，水稻雜種不育性受水稻自私基因位點(diǎn)qHMS7的控制，并發(fā)現(xiàn)水稻包含三個(gè)緊密連鎖的基因ORF1、ORF2和ORF3，其中ORF1基因編碼一個(gè)未知功能的蛋白;ORF2基因編碼一個(gè)殺配子的毒性蛋白，以母體效應(yīng)導(dǎo)致花粉死亡;而ORF3基因編碼一個(gè)解毒蛋白，以配子體效應(yīng)保護(hù)配子，使攜帶ORF3基因的花粉可育。在“祖先野生稻-普通野生稻-亞洲栽培稻”的演化過程中，ORF1一直被保留，ORF2從沒有毒性功能逐步演變成有毒性功能的類型，ORF3是在普通野生稻中由ORF1基因復(fù)制產(chǎn)生，并獲得解毒功能，在隨后的稻種馴化過程中被選擇傳遞到亞洲栽培稻品種。研究表明，粳稻品種同時(shí)攜帶毒性的ORF2和解毒的ORF3，而南方野生稻只含有無毒性的ORF2，在其雜種F1中，攜帶南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保護(hù)而死亡，攜帶粳稻品種基因型的花粉因有ORF3保護(hù)而存活，最終導(dǎo)致后代中沒有純合的南方野生稻基因型個(gè)體存在，群體分離不符合經(jīng)典的孟德爾遺傳模式。

　　該研究闡明了自私基因在維持植物基因組的穩(wěn)定性和促進(jìn)新物種的形成中的分子機(jī)制，探討了毒性-解毒分子機(jī)制在水稻雜種不育上的普遍性，為揭示水稻秈粳亞種間雜種雌配子選擇性致死的本質(zhì)提供了理論借鑒。

　　該研究由中國農(nóng)科院與南京農(nóng)業(yè)大學(xué)合作完成，并得到中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程的大力支持。

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　　中科院上海生化細(xì)胞所、武漢大學(xué)等聯(lián)合發(fā)表一篇Science

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　　論文題目為A LIMA1 variant promotes low plasma LDL-cholesterol and decreases intestinal cholesterol absorption(《LIMA1基因變異減少小腸膽固醇吸收并降低血漿低密度脂蛋白膽固醇水平》)(doi: 10.1126)。武漢大學(xué)宋保亮教授和新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院馬依彤教授為共同通訊作者，中國科學(xué)院上海生化細(xì)胞所張瑩鈺博士、新疆醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院付真彥博士、武漢大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院魏健博士為共同第一作者。

　　血漿中“低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)”濃度升高是導(dǎo)致心腦血管疾病的主要風(fēng)險(xiǎn)。LDL-C水平受遺傳和飲食雙重控制，了解人體LDL-C水平的遺傳調(diào)控機(jī)制是疾病診治和醫(yī)藥研發(fā)的先決條件，而目前只有少數(shù)影響LDL-C的基因被鑒定出來。不同種族之間LDL-C的含量及冠心病的發(fā)病率有很大差異。

　　為揭示新的膽固醇調(diào)控基因，宋保亮課題組與馬依彤團(tuán)隊(duì)合作，在針對新疆人群心腦血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)家族性低LDL-C的哈薩克族人家系，通過全基因組外顯子測序和基因關(guān)聯(lián)性分析，發(fā)現(xiàn)LIMA1基因罕見移碼突變(K306fs)與低LDL-C顯著相關(guān)。深入研究發(fā)現(xiàn)，LIMA1特異性表達(dá)在小腸上，通過與NPC1L1蛋白(該通路也由宋保亮團(tuán)隊(duì)前期工作系統(tǒng)揭示)互作將后者錨定到肌球蛋白Myosin Vb上，從而調(diào)控小腸膽固醇的吸收。

　　這項(xiàng)研究為降膽固醇提供了新的藥物研發(fā)靶點(diǎn)。該研究還有助于理解為什么哈薩克族人雖然消耗較多牛羊肉，但心腦血管疾病患病率低于漢族人群。

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　　中科院生物物理所揭示玉米光系統(tǒng)I的結(jié)構(gòu)與捕光復(fù)合物I和II超復(fù)合

　　在氧合光合作用期間，光系統(tǒng)II(PSII)和I(PSI)串聯(lián)操作并緊密耦合以允許有效的光驅(qū)動電子傳輸。兩種光系統(tǒng)都是含有核心復(fù)合物和外圍天線系統(tǒng)的多亞基超分子復(fù)合物。在光合作用的工廠中，外圍天線由集光組件(LHCs)組成。形成PSI-LHCI復(fù)合物的LHCIs(含有Lhca載脂蛋白)與PSI核心相關(guān)，而LHCII(含有Lhcb載脂蛋白)大部分與PSII核心相連，構(gòu)成PSII-LHCII復(fù)合物。 PSI或PSII的天線系統(tǒng)具有不同的成分組成，因此具有不同的光吸收性質(zhì)。紅色和遠(yuǎn)紅光分別優(yōu)先刺激PSII和PSI，并且波動的照射可能導(dǎo)致兩個(gè)光系統(tǒng)的不均勻激發(fā)。

　　平衡捕光對高效光合作用至關(guān)重要;因此，植物已經(jīng)在自然環(huán)境中不斷變化的光照條件下發(fā)展了短期和長期的適應(yīng)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換是在幾分鐘的時(shí)間尺度上發(fā)生的短時(shí)間響應(yīng)，并且在光質(zhì)改變時(shí)允許兩個(gè)光系統(tǒng)之間的能量均衡分布。在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間，三聚LHCII(由Lhcb1-3的不同組合組成)可逆地被磷酸化和去磷酸化，該過程由質(zhì)體醌(PQ)的氧化還原狀態(tài)控制并受葉綠體激酶(STN7)和磷酸酶(PPH1)稱為TAP38)在植物中。在狀態(tài)1中，LHCII主要與PSII相關(guān)并將激發(fā)能量轉(zhuǎn)移到PSII核心。在有利于PSII激發(fā)的光照條件下，PSII的過度激活導(dǎo)致PQ庫的減少，STN7激酶的激活以及隨后LHCII的N末端區(qū)域的磷酸化。一部分磷酸化的LHCII(移動LHCII)在類囊體膜內(nèi)從PSII橫向移動到PSI，形成PSI-LHCI-LHCII超復(fù)合物并導(dǎo)致從狀態(tài)1切換到狀態(tài)2.移動LHCII作為PSI除了LHCI之外，還增加了向PSI核心轉(zhuǎn)移的能量。在自然光條件下，狀態(tài)轉(zhuǎn)換對于優(yōu)化植物生長和適應(yīng)性是必需的。

　　在16-分辨率下的PSI-LHCI-LHCII超復(fù)合物的結(jié)構(gòu)揭示了與LHCI相反側(cè)上的PSI核心相關(guān)的單一LHCII三聚體，然而蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)和LHCII和PSI之間的色素 - 色素相互作用尚不清楚。盡管以前已經(jīng)解決了植物L(fēng)HCII的晶體結(jié)構(gòu)，但是在這些結(jié)構(gòu)中沒有觀察到含有磷酸化位點(diǎn)的LHCII的N-末端尾部。關(guān)于磷酸化LHCII如何增強(qiáng)其與PSI的相互作用，這仍然是一個(gè)未解決的問題。植物PSI-LHCI包括由14個(gè)亞基(PsaA至L，PsaN和PsaO)組成的核心復(fù)合物和包含4個(gè)組成兩個(gè)異二聚體(Lhca1-Lhca4和Lhca2-Lhca3)的四個(gè)LHCI蛋白的外圍天線系統(tǒng)。最近的豌豆PSI-LHCI晶體結(jié)構(gòu)揭示了16個(gè)亞基的結(jié)構(gòu)和位置，但在這些結(jié)構(gòu)中未觀察到兩個(gè)植物特異性亞基PsaN和PsaO。完整的PSI-LHCI結(jié)構(gòu)應(yīng)該能夠更好地理解PSI-LHCI復(fù)合物內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移。

　　在這項(xiàng)研究中，來自中國科學(xué)院生物物理所的章新政教授與李梅教授團(tuán)隊(duì)利用冷凍電鏡解析的玉米PSI-LHCI-LHCII的結(jié)構(gòu)，揭示了LHCII和PSI之間的識別位點(diǎn)。 PSI子單元PsaN和PsaO分別在PSI-LHCI界面和PSI-LHCII界面處觀察到。 每個(gè)亞基通過一對葉綠素分子將激發(fā)傳遞給PSI核心，從而揭示天線與PSI核心之間能量轉(zhuǎn)移的前所未見的路徑。這些發(fā)現(xiàn)闡明了全新的能量傳遞路徑，讓我們能更好地了解光合作用這一重要的生化反應(yīng)。

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　　(來源：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)新聞網(wǎng)、武漢大學(xué)新聞網(wǎng)、iNature微信公眾號等)