生物科学

植物氮素利用

天津大学表层地球系统科学研究院刘学炎教授与日本京都大学和美国海洋生物实验室等研究者合作，开展极地苔原、温带森林、热带亚热带森林植物硝酸根来源和利用机制的原位研究，论文发表于《美国科学院院报》。研究采用新颖的硝酸根氮、氧同位素地球化学方法原理，结合土壤氮状态、植物氮吸收和酶还原等指标，揭示土壤硝酸根是极地苔原植物的重要氮源。这更新了极地苔原植物氮有效性评价的认识，对更准确理解极地生态系统氮、碳动态及其随环境如何变化具有重要意义。进一步量化了低纬度地区植物对大气硝态氮的直接吸收，强调应用稳定同位素研究大气氮污染的作用。

大气沉降—植物—土壤系统硝酸根分布关系研究（天津大学）（图片来源于PNAS）

不同生态系统植物叶、根硝酸根离子浓度。（图片来源于PNAS）

果蝇tsRNA的作用机制

北京大学生命科学学院陆剑课题组报道了果蝇中来源于tRNA的小RNA（tRNA-derived small RNAs， tsRNA）对靶基因的调控机制和在胁迫应答中的重要作用，论文发表于Nucleic Acids Research。研究提出了果蝇细胞中“tsRNA连环计”的胁迫应答模型。在胁迫条件下，生物体的细胞翻译水平通常会下调。在“tsRNA连环计”模型中，首先tsRNA的生成会减少细胞中tRNA的丰度从而降低细胞整体翻译水平；其次tsRNA通过序列互补特异性抑制细胞翻译系统关键组分蛋白的mRNA自身翻译，从而降低细胞的整体翻译水平。基于tsRNA的连锁反应使得细胞能够迅速高效的产生胁迫应答。

丰富多样的膳食纤维使人体肠道内特定有益菌群升高

上海交通大学生命科学技术学院赵立平教授领导的国际合作团队在肠道菌群中发现糖尿病营养干预的新靶标，研究论文发表于《科学》。该研究提出以生态学上的“功能群（guild）”来研究肠道菌群中的成员在人体健康和疾病中的作用，说明通过增加肠道中功能活跃的重要细菌成员来恢复或增强肠道生态系统中失去或减少的重要功能，是重建健康肠道菌群的关键，能够帮助宿主改善疾病表型。该研究不仅为研究肠道菌群与慢性代谢性疾病的关系提供了可以借鉴的思路和分析方法，也说明以肠道关键菌为靶点进行个性化营养干预来调控肠道菌群是控制2型糖尿病的新的有效手段。

RNA m6A调控新机制

复旦大学生物医学研究院刁建波、施扬、石雨江团队和芝加哥大学何川课题组合作，开展Zc3h13调控核RNA m6A甲基化修饰及小鼠胚胎干细胞自我更新的研究，论文发表于Molecular Cell。研究发现Zc3h13对m6A的调节是通过控制复合物成员WTAP/Virilizer/Hakai的细胞定位而发生作用的。抑制Zc3h13表达导致复合物成员WTAP、Virilizer及Hakai蛋白发生由细胞核向细胞质的转移，同时伴随甲基转移酶Mettl3和Mettl14蛋白核内组分的减少，从而抑制m6A的形成。在细胞中敲低WTAP、Virilizer和Hakai，Zc3h13的核内定位并不受影响，这提示了Zc3h13在该复合物的细胞定位中具有独特的作用。

新绘制人脑前额叶发育的单细胞图谱揭示神经元分化成熟机制

北京大学北京未来基因诊断高精尖创新中心、生命科学学院生物动态光学成像中心汤富酬研究组和中国科学院生物物理研究所王晓群研究组，与北医三院乔杰研究组、首都医科大学附属安贞医院张军研究组联合，利用单细胞转录组测序手段，绘制了人脑前额叶胚胎发育过程的单细胞转录组图谱，解析了人类胚胎大脑前额叶发育的细胞类型多样性及不同细胞类型之间的发育关系，论文发表于Nature。该研究揭示了神经元产生和环路形成的分子调控机制，并对其中关键的细胞类型进行了系统的功能研究，为绘制最终完整的人脑细胞图谱奠定了重要的基础。

前额叶皮层神经元产生的两个关键爆发期（图片来源于北京大学）

人脑前额叶细胞发育图示（图片来源于北京大学）

蓝藻生物学研究进展

西北农林科技大学李明副教授、澳大利亚河流所肖曼博士生以及英国生态学与水文学研究中心Colin Reynolds教授合作，阐明了微囊藻群体形成机理以及形成群体对水华发生的作用，论文发表于Biological Reviews。研究提出了微囊藻群体形态变化的途径和可能的诱导因素，解决了在室内培养条件下不能诱导单细胞形成与野外形态类似的群体这个该领域全球性难题。该理论认为微囊藻单细胞在形成粗糙群体后，会逐渐转变为鱼害微囊藻、惠氏微囊藻和铜绿微囊藻群体形态，这个过程与大多数湖泊中微囊藻群体形态的季节演替相同。文章进一步概括了微囊藻形成群体的根本作用。

蛭类镇痛或麻醉作用的机制研究

中国科学院昆明动物研究所赖仞研究员，中国科学院昆明植物研究所罗晓东研究员、广州军区广州总医院孙朝晖教授等，从森林山蛭唾液腺中分离出一个全新的神经毒多肽家族，并将其命名为HSTX，研究论文发表于《药理学界》。这个毒素家族的成员含有23至25个氨基酸残基、拥有2个分子内二硫键，并通过阻断动物体内的部分钠离子通道，发挥神经毒活性。森林山蛭为山蛭科山蛭属动物，主要栖息在潮湿的山区草地或水域附近，体长约3厘米，在印度尼西亚、缅甸、越南、印度以及我国云南等地均有分布。与水蛭相比，山蛭个体偏小，单次吸血量少，需要多次进食。

组蛋白甲基化转移酶调控昆虫性别的分子机制

中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所谭安江研究组和黄勇平研究组，报道了组蛋白甲基化转移酶Ash2调控家蚕性别的分子机制，论文发表于PLOS Genetics。家蚕组蛋白甲基化转移酶Ash2受到piRNA结合蛋白Siwi的特异性调控，其表达在Siwi突变体中被下调。Ash2和Siwi突变体都呈现出雌性个体雄性化的特征，揭示了Ash2和Siwi在家蚕的性别决定机制中发挥了类似的功能。而在Ash2突变体中Siwi蛋白的表达和组织定位均未受到影响，表明Ash2不是作为Siwi的上游因子发挥作用。免疫共沉淀结果证实Ash2可以直接结合Siwi蛋白，说明Ash2可以作为Siwi的co-factor参与家蚕的性别决定。