2013：《Nature》的中國聲音（上）

《Nature》雜志是世界最有影響力的兩種綜合類學(xué)術(shù)期刊之一，該雜志在科學(xué)文獻(xiàn)中被引用的頻率高于其他任何雜志，其2012年“影響因子”（計(jì)算方法是，用被引用的次數(shù)除以所發(fā)表的論文數(shù)）為38.597，高于世界上其他任何一個(gè)綜合性科學(xué)雜志。此外，《Nature》雜志被列入了世界上使用最頻繁的一些圖書館數(shù)據(jù)庫中，并被所有的主要索引系統(tǒng)所檢索?！禢ature》雜志發(fā)表科學(xué)和技術(shù)所有領(lǐng)域的論文，該雜志每星期收到論文約150篇，由于版面有限，其中能夠發(fā)表的只有約20篇。

《Nature》雜志總是處于科學(xué)的前沿。它是最先報(bào)道電子的發(fā)現(xiàn)、機(jī)械飛行的成功和電視的可能性的雜志。后來，又是它報(bào)道了中子的發(fā)現(xiàn)、維生素C的分離、原子的分裂和鈾的裂變。20世紀(jì)50年代，Watson和Crick關(guān)于DNA結(jié)構(gòu)的論文在《Nature》雜志發(fā)表，這一成果標(biāo)志著分子生物學(xué)的誕生，生物學(xué)研究也由此而發(fā)生了改變。60年代，《Nature》雜志報(bào)道了板塊構(gòu)造的發(fā)現(xiàn)，從而迎來了地學(xué)研究的一場(chǎng)革命。70年代，該雜志發(fā)表了關(guān)于生產(chǎn)單克隆抗體的原始論文。80年代，《Nature》雜志報(bào)道了關(guān)于艾滋病、癌癥、超導(dǎo)體和遺傳疾病等方面的重大發(fā)現(xiàn)。90年代，該雜志繼續(xù)創(chuàng)造著其輝煌的歷史，陸續(xù)發(fā)表了人類基因組的第一個(gè)目錄、富勒烯的結(jié)構(gòu)、以及震驚世界的克隆羊“多利”（世界上第一只由成年動(dòng)物體細(xì)胞克隆出的綿羊）的培育成功等等，凡此種種，不勝枚舉。來自《自然》和自然子刊的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，中國正迅速成長為科技論文發(fā)表和科研產(chǎn)出的國際領(lǐng)先力量。除傳統(tǒng)強(qiáng)項(xiàng)物質(zhì)科學(xué)之外，中國在生命科學(xué)領(lǐng)域的高質(zhì)量論文產(chǎn)量也有明顯的增長。

2013年度，我國科研團(tuán)隊(duì)（不含客座或兼職教授）共在《Nature》發(fā)表研究性論文27篇。研究內(nèi)容涵蓋納米材料、氣候?qū)W、神經(jīng)生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)、基因組、量子物理、古生物學(xué)、結(jié)構(gòu)生物、農(nóng)業(yè)作物等學(xué)科領(lǐng)域。本年度，來自清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的施一公院士領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)共在《Nature》上發(fā)表了3篇論文。該團(tuán)隊(duì)主要成員應(yīng)包括，施一公院士在美國普林斯頓大學(xué)任教期間指導(dǎo)的博士生、現(xiàn)清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授顏寧，指導(dǎo)的博士后、現(xiàn)清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授柴繼杰，以及施一公教授現(xiàn)重要助手清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院助理教授王佳偉。

此外，我國學(xué)者在古生物學(xué)領(lǐng)域的論文發(fā)表方面也取得了亮眼的成績。過去十年，有頜類的早期分化、硬骨魚類的起源與早期分化逐漸成為國際演化生物學(xué)界關(guān)注的重點(diǎn)，相關(guān)研究成果在《Nature》、《Science》等雜志上屢有報(bào)道。中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所的朱敏研究員所帶領(lǐng)的早期脊椎動(dòng)物課題組的研究“探索有頜類的早期分化以及硬骨魚類的起源”提供了迄今為止最好、最完整的化石資料。新發(fā)現(xiàn)的古魚將有頜脊椎動(dòng)物幾大類群的特征匯于一身，大大填充了它們之間的形態(tài)學(xué)鴻溝，第一次近乎完整地呈現(xiàn)了有頜脊椎動(dòng)物祖先可能具有的特征組合。來自沈陽師范大學(xué)古生物學(xué)院的周長付副教授與美國芝加哥大學(xué)和德國波恩大學(xué)合作，發(fā)現(xiàn)了我國迄今最原始的具毛發(fā)的哺乳動(dòng)物——“哺乳形巨齒獸”化石，證實(shí)了早期原始形哺乳動(dòng)物已廣泛具有哺乳類皮膚結(jié)構(gòu)。此外，臨沂大學(xué)地質(zhì)與古生物研究所的鄭曉廷教授發(fā)現(xiàn)了一種新的樹棲賊獸類--金氏樹賊獸，系統(tǒng)分析顯示賊獸屬于有冠類哺乳動(dòng)物，表明了有冠類起源于晚三疊紀(jì)時(shí)期并且在侏羅紀(jì)發(fā)生分化，體現(xiàn)了中生代哺乳動(dòng)物演化中存在許多趨同演化或逆轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

雜志從本期開始將對(duì)2013年我國的科研人員和科研團(tuán)隊(duì)在《Nature》上發(fā)表的論文做逐一介紹。

許 琛 研究員

中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院

2004年赴美國哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院Dana-Farber腫瘤研究所從事免疫學(xué)研究，先后為博士后（受美國關(guān)節(jié)炎基金會(huì)資助），教授。2009年6月回生化與細(xì)胞所工作，擔(dān)任研究員，研究組長。主要研究方向包括：生物膜對(duì)受體功能的動(dòng)態(tài)調(diào)控和T細(xì)胞介導(dǎo)型自身免疫病的發(fā)病機(jī)制 。

鈣離子提高T淋巴細(xì)胞對(duì)外來抗原的敏感性

細(xì)胞發(fā)揮功能的基礎(chǔ)是識(shí)別外來的抗原，這項(xiàng)功能由T細(xì)胞抗原受體（TCR）來行使。每一個(gè)T細(xì)胞表面都有幾千個(gè)TCR，像哨兵一樣擔(dān)任警戒任務(wù)；TCR的周圍是脂質(zhì)分子，它們通過靜電力將TCR的活化位點(diǎn)屏蔽起來，保證它們?cè)跊]有抗原的時(shí)候不會(huì)活化，接受抗原刺激后則快速活化，由此調(diào)控著“哨兵”的戰(zhàn)斗力?？乖せ頣CR是T細(xì)胞免疫反應(yīng)關(guān)鍵性的一步。經(jīng)過長期的進(jìn)化，TCR能夠監(jiān)測(cè)到非常微量的抗原信號(hào)，從而保證機(jī)體能高效以及快速地清除入侵的病原體。TCR如何被抗原活化以及T細(xì)胞如何獲得這么高的抗原敏感性還是懸而未決的問題。

鈣離子是人體內(nèi)必需的金屬離子，除了組成骨骼和牙齒外，還在細(xì)胞內(nèi)擔(dān)任非常重要的“信號(hào)使者”的角色。T細(xì)胞被抗原活化后，細(xì)胞外的鈣離子會(huì)通過鈣離子通道流入細(xì)胞內(nèi)，細(xì)胞內(nèi)鈣離子濃度會(huì)在數(shù)秒之內(nèi)提高10倍，并維持幾個(gè)小時(shí)。這些鈣離子能夠直接結(jié)合TCR周圍的脂質(zhì)分子，中和它們的負(fù)電荷，從而解除脂質(zhì)分子對(duì)TCR活化位點(diǎn)的屏蔽，幫助TCR活化，將比較弱的抗原刺激信號(hào)放大，使得T細(xì)胞獲得完全的效應(yīng)功能。這種機(jī)制大大提高了T細(xì)胞對(duì)抗原的敏感性。

譯文引自：Nature 493， 111-115 （03 January 2013）

施一公 院士 教授

一個(gè)presenilin/SPP家族膜內(nèi)天冬氨酸蛋白酶的晶體結(jié)構(gòu)

受控膜內(nèi)蛋白水解（Regulated intramembrane proteolysis，RIP）是近年發(fā)現(xiàn)一種新的信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制，即跨膜蛋白能夠在它們的跨膜區(qū)被裂解并釋放出其胞質(zhì)部分，進(jìn)而進(jìn)入核內(nèi)控制基因的轉(zhuǎn)錄。在從細(xì)菌到人類的廣泛生物中RIP蛋白均采用保守的模式。至今發(fā)現(xiàn)參與RIP的蛋白酶家族有三種，包括金屬蛋白酶S2P（site-2 protease）；天冬氨酸蛋白酶早老素（presenilin，PS）家族和信號(hào)肽肽酶家族（SPP）；絲氨酸蛋白酶rhomboid家族。天冬氨酸蛋白酶PS家族的底物包括淀粉樣前體蛋白（Amyloid precursor protein，APP）和質(zhì)膜受體Notch等。

研究人員報(bào)告了來自黑海甲烷袋狀菌JR1的presenilin/SPP同源物（PSH）的晶體結(jié)構(gòu)。這一蛋白酶包括9個(gè)跨膜區(qū)（TMs），采用了一種從前未報(bào)告過的蛋白質(zhì)折疊方式。其氨基（N）端區(qū)域，由TM16構(gòu)成，形成了一種馬蹄形狀的結(jié)構(gòu)，環(huán)繞著TM79構(gòu)成的羧（C）基端區(qū)域。兩個(gè)催化天冬氨酸殘基定位在TM6和TM7的胞質(zhì)側(cè)上，空間上相互接近。水分子通過N端和C端區(qū)域之間的一個(gè)大口袋接近催化天冬氨酸。

譯文來自：Nature 493， 56-61 （03 January 2013）

田永君 教授 燕山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院院長

1963年3月生，1987年于東北重型機(jī)械學(xué)院材料學(xué)專業(yè)獲工學(xué)碩士學(xué)位，1994年于中科院物理所獲得理學(xué)博士學(xué)位，1996-1998作為洪堡學(xué)者留學(xué)德國Jena大學(xué)（耶拿大學(xué)）固體物理研究所，教授，博士生導(dǎo)師。田永君教授1996年入選國家人事部“百千萬”人才工程第一、二層次人選，國務(wù)院政府特貼專家，2001年被教育部聘為長江學(xué)者獎(jiǎng)勵(lì)計(jì)劃特聘教授。2002年獲得國家杰出青年科學(xué)基金。

2011年，田永君教授科研團(tuán)隊(duì)所完成的“硬度的微觀理論及新型亞穩(wěn)材料設(shè)計(jì)”項(xiàng)目成果獲得國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)。該項(xiàng)目從化學(xué)鍵入手，創(chuàng)建了硬度的微觀理論模型，建立了布居離子性新標(biāo)度，實(shí)現(xiàn)了極性共價(jià)晶體硬度的定量預(yù)測(cè)，解決了硬度與晶體微觀電子結(jié)構(gòu)間定量關(guān)聯(lián)這一理論難題。以此理論模型為基礎(chǔ)，項(xiàng)目設(shè)計(jì)出了系列的新型亞穩(wěn)材料，部分材料已被實(shí)驗(yàn)合成，使超硬材料探索從“定性”進(jìn)入到了“定量化”的可設(shè)計(jì)階段，推動(dòng)了計(jì)算材料科學(xué)的發(fā)展。23個(gè)國家和地區(qū)的100多個(gè)研究機(jī)構(gòu)使用本模型開展跟蹤和拓展研究。硬度微觀模型已成為材料設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)用工具，并被拓展到納米、缺陷和薄膜等研究領(lǐng)域。

超高硬度的納米孿晶結(jié)構(gòu)立方氮化硼

立方氮化硼是一種重要的超硬材料，在鐵基材料加工行業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用。遺憾的是人工合成立方氮化硼單晶的硬度還不到金剛石單晶的一半。根據(jù)著名的霍爾-佩奇（Hall-Petch）關(guān)系，多晶材料硬度隨晶粒尺寸減小而增大。因此，合成納米結(jié)構(gòu)立方氮化硼已成為提高硬度的有效手段。利用類石墨結(jié)構(gòu)氮化硼前驅(qū)物在高溫高壓下的馬氏體相變，科學(xué)家們已合成出納米晶立方氮化硼，所能達(dá)到的最小晶粒尺寸為14nm。田永君及其合作者采用一種具有特殊結(jié)構(gòu)的洋蔥氮化硼為前驅(qū)物成功地合成出透明的納米孿晶結(jié)構(gòu)立方氮化硼，孿晶的平均厚度僅為3.8nm，其硬度達(dá)到甚至超過人工合成的金剛石單晶，斷裂韌性高于商用硬質(zhì)合金，抗氧化溫度高于立方氮化硼單晶本身。這些優(yōu)異的綜合性能表明納米孿晶結(jié)構(gòu)立方氮化硼是一種工業(yè)界期盼已久的刀具材料。

業(yè)已證明：在臨界尺寸（約10-15nm）以上，金屬及合金材料的硬度和強(qiáng)度隨晶粒尺寸減小而增大（霍爾-佩奇效應(yīng)），但在臨界尺寸以下，強(qiáng)度和硬度卻隨晶粒尺寸減小而減?。ǚ椿魻?佩奇效應(yīng)）。令人驚奇的是，納米孿晶結(jié)構(gòu)立方氮化硼隨孿晶厚度減小能夠持續(xù)硬化到3.8nm卻不發(fā)生軟化。他們的理論分析表明：在納米尺度邊，多晶極性共價(jià)材料的硬化機(jī)制除了大家熟知的Hall-Petch效應(yīng)還有量子限域效應(yīng)的附加貢獻(xiàn)。研究成果突破了人們對(duì)材料硬化機(jī)制的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，向人們展現(xiàn)了合成高性能超硬材料的新途徑——獲得超細(xì)納米孿晶結(jié)構(gòu)。

譯文來自：Nature 493， 385-388 （17 Janurary 2013）

劉 健 教授 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院

1966年4月生，四川合江人，漢族。1983年至1993年就讀于南京大學(xué)氣象系氣候?qū)W專業(yè)，先后獲得南京大學(xué)理學(xué)學(xué)士、碩士和博士學(xué)位。現(xiàn)為南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院特聘教授，博士生導(dǎo)師，兼任中國第四紀(jì)科學(xué)研究會(huì)高分辨率氣候記錄專業(yè)委員會(huì)委員、中國氣象學(xué)會(huì)冰凍圈與極地氣象委員會(huì)委員、江蘇省氣象學(xué)會(huì)常務(wù)理事、江蘇省氣象學(xué)會(huì)氣候?qū)W與氣候變化專業(yè)委員會(huì)副主任。主要從事氣候模擬與全球變化研究。

在國際上首次成功地模擬了與氣候代用資料重建結(jié)果一致的東亞地區(qū)末次盛冰期（21ka BP）和中全新世暖期（6ka BP）的古氣候特征，并進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)機(jī)制闡釋；在認(rèn)識(shí)全球和東亞季風(fēng)年代-百年際尺度的變化規(guī)律及成因機(jī)制、揭示自然和人為因子對(duì)全球降水和海表溫度的不同影響與機(jī)理、定量區(qū)分自然和人類活動(dòng)對(duì)湖泊環(huán)境變化的影響等方面取得了國際領(lǐng)先成果，論文發(fā)表在國際頂級(jí)學(xué)術(shù)刊物Nature、Science和PNAS上。

自然與人為強(qiáng)迫因子對(duì)全球降水變化的不同影響

研究發(fā)現(xiàn)，自然因子（SV）和人為因子（GHG）引起的增暖都會(huì)使全球平均降水量增加，但增加的幅度差異顯著。在SV強(qiáng)迫下模擬的全球平均溫度每增加1℃全球平均降水量增加2.1%，而GHG強(qiáng)迫下對(duì)應(yīng)的全球平均降水量僅增加1.2%；兩種情況下熱帶陸地區(qū)域平均降水量增加的幅度差異更大（5.5%與2.4%）。研究揭示其主要機(jī)制在SV增暖與GHG增暖情況下分別為海洋恒溫機(jī)制與大氣穩(wěn)定機(jī)制：在SV增暖情況下，地表受太陽輻射加熱，由于熱帶太平洋東部溫躍層較西部淺，海洋恒溫效應(yīng)使得相同的SV加熱引起的東部增溫比西部小，從而加大熱帶太平洋東西向的海表溫度（SST）梯度，使熱帶太平洋東西向的氣壓梯度相應(yīng)增大，導(dǎo)致赤道東風(fēng)和Walker環(huán)流加強(qiáng)，有利于水汽向熱帶季風(fēng)及暖池區(qū)的輻合，使得全球平均降水量顯著增加，此為海洋恒溫機(jī)制；而在GHG增暖情況下，大氣中上層吸收長波輻射加熱，會(huì)使大氣上下層間的溫度梯度減小，大氣穩(wěn)定度相應(yīng)增大，從而削弱Walker環(huán)流，減小熱帶太平洋東西向的SST梯度，不利于水汽向熱帶季風(fēng)及暖池區(qū)輻合，導(dǎo)致全球降水增量減少，此為大氣穩(wěn)定機(jī)制。

該研究區(qū)分了兩種類型的增暖及其降水效應(yīng)并闡明了其主要機(jī)制，化解了古氣候重建與IPCC氣候預(yù)估關(guān)于增暖將導(dǎo)致熱帶太平洋東西向SST梯度增與減（La Nia型與El Nio型）的學(xué)術(shù)爭(zhēng)端，對(duì)人們更好地認(rèn)識(shí)并預(yù)估氣候變化具有重要意義；同時(shí)該研究發(fā)現(xiàn)GHG增加導(dǎo)致的增暖與太陽輻射增加導(dǎo)致的增暖具有不同的大氣穩(wěn)定度、SST、降水效應(yīng)，這意味著通過地球工程（在大氣上層施放氣溶膠粒子以減少到達(dá)地表的太陽輻射量）進(jìn)行太陽輻射管控并不能完全抵消GHG對(duì)全球增暖的影響，這對(duì)于地球工程的規(guī)劃實(shí)施具有現(xiàn)實(shí)意義。

譯文來自：Nature 493， 656-659 （31 January 2013）

周嘉偉 研究員 中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究中心

畢業(yè)于江蘇南通大學(xué)醫(yī)學(xué)院，獲江蘇南通大學(xué)醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)碩士、英國帝國理工醫(yī)學(xué)院（Imperial College of Science， Technology and Medicine）生化系博士學(xué)位。曾任江蘇南通大學(xué)醫(yī)學(xué)院助教、講師；1991年英國劍橋大學(xué)訪問學(xué)者、1992年日本岡山大學(xué)訪問學(xué)者 ；美國Hahnemann大學(xué)博士后?，F(xiàn)中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究中心研究員。

周嘉偉研究方向：基底神經(jīng)節(jié)包括紋狀體（尾狀核和殼核）、蒼白球、黑質(zhì)和丘腦底核等在內(nèi)的一群密切關(guān)聯(lián)的腦結(jié)構(gòu)，它們參與了自主運(yùn)動(dòng)的控制和調(diào)節(jié)。臨床病理學(xué)研究已經(jīng)表明，這些核團(tuán)為帕金森病、亨廷頓氏病等神經(jīng)退行性疾病所累及。研究它們的發(fā)育過程、工作原理和病理狀態(tài)下功能與結(jié)構(gòu)變化，有助于進(jìn)一步闡述這些疾病的發(fā)病機(jī)理和尋找疾病治療的新靶點(diǎn)。

多巴胺D2受體通過調(diào)控aB-晶狀體蛋白抑制神經(jīng)炎癥反應(yīng)

周嘉偉實(shí)驗(yàn)室的研究發(fā)現(xiàn)，星形膠質(zhì)細(xì)胞在多巴胺D2受體（Drd2）缺失的情況下也會(huì)主導(dǎo)炎癥反應(yīng)的發(fā)生，而Drd2及其配體多巴胺的水平在中老年人群中均呈現(xiàn)進(jìn)行性下降。生理情況下，星形膠質(zhì)細(xì)胞的Drd2能夠通過控制其下游的aB-晶狀體蛋白（aB-crystallin， Cryab）的水平來抑制免疫反應(yīng)。Drd2缺失可導(dǎo)致Cryab明顯下調(diào)，小鼠腦內(nèi)多個(gè)區(qū)域炎癥反應(yīng)顯著增強(qiáng)，而在神經(jīng)毒素MPTP所致的帕金森病小鼠動(dòng)物模型中，Drd2的缺失加劇了膠質(zhì)細(xì)胞的激活，使炎癥反應(yīng)更趨嚴(yán)重，中腦多巴胺能神經(jīng)元對(duì)神經(jīng)毒素更加敏感，死亡率上升。但選擇性地提高星形膠質(zhì)細(xì)胞中的Cryab水平則可有效對(duì)抗Drd2缺失導(dǎo)致的慢性炎癥反應(yīng)。他們還發(fā)現(xiàn)，給予野生型小鼠注射Drd2激動(dòng)劑可以部分緩解MPTP等神經(jīng)毒素導(dǎo)致的急性神經(jīng)炎癥反應(yīng)以及多巴胺能神經(jīng)元死亡。

上述結(jié)果表明，星形膠質(zhì)細(xì)胞中的Drd2/Cryab信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路在抑制因Drd2缺失所致的神經(jīng)炎癥過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。Drd2決定了星形膠質(zhì)細(xì)胞作用的兩面性——Drd2缺失可使星形膠質(zhì)細(xì)胞從生理狀態(tài)下神經(jīng)元的支持細(xì)胞轉(zhuǎn)化為對(duì)神經(jīng)元不利的促炎癥細(xì)胞。一直以來，Drd2被公認(rèn)為主要參與多巴胺能神經(jīng)傳導(dǎo)，此項(xiàng)研究則揭示了Drd2的一個(gè)與傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)迥然不同的新功能，即在星形膠質(zhì)細(xì)胞中發(fā)揮抑制其異?；罨蜕窠?jīng)炎癥反應(yīng)的作用。

星形膠質(zhì)細(xì)胞中的多巴胺D2受體（Drd2）正常情況下通過αB-晶狀體蛋白抑制炎癥介質(zhì)相關(guān)基因的表達(dá)，從而發(fā)揮抑制炎癥的作用，而小膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)的Drd2則對(duì)該類細(xì)胞炎癥因子的產(chǎn)生沒有顯著影響。

譯文來自：Nature 494，90-94 （07 February 2013）

張福鎖 教授

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院

出生于1960年10月，陜西鳳翔人，教授，博士生導(dǎo)師。1990年2月從中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)博士后流動(dòng)站出站，1997年1月-2011年11月?lián)沃袊r(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院院長，現(xiàn)任中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境與糧食安全研究中心主任一職。

一直從事植物根際生態(tài)調(diào)控與養(yǎng)分資源綜合管理的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究工作。在根際養(yǎng)分活化機(jī)理以及不同基因型植物適應(yīng)養(yǎng)分脅迫的生理機(jī)制研究方面取得了可喜的進(jìn)展，提出根際生態(tài)調(diào)控理論與技術(shù)體系，并通過對(duì)間套作、水旱輪作、重迎茬作物生長障礙機(jī)制，各種作物生產(chǎn)體系（包括大田作物、蔬菜、果樹、煙草等）以及鹽生植物根際生態(tài)調(diào)控機(jī)制的系統(tǒng)研究，把理論與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，進(jìn)一步提出養(yǎng)分資源綜合管理的思路，通過全國大協(xié)作及國際合作項(xiàng)目的開展，在深化根際理論，提高養(yǎng)分資源利用效率，保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面做出了貢獻(xiàn)。

中國氮沉降顯著增加

研究結(jié)果表明，從1980年至2010年中國陸地生態(tài)系統(tǒng)氮素沉降顯著升高，從1980年代每公頃年均13.2公斤氮增至2000年代21.1公斤氮，增幅約8公斤/公頃，比1980年代高60%；并以人口相對(duì)密集和農(nóng)業(yè)集約化程度更高的中東部地區(qū)（華北、東南和西南）的氮素沉降量和年增幅顯著高于人口密度相對(duì)較低和氮肥及其他人為活性氮排放相對(duì)較低的東北、西北和青藏高原地區(qū)。目前我國中東部地區(qū)（尤其是華北平原）的氮素沉降量已經(jīng)高于北美任何地區(qū)氮素沉降量，與西歐上世紀(jì)80年代（采取大氣活性氮減排措施/政策之前）氮沉降高峰時(shí)的數(shù)量相當(dāng)。研究還發(fā)現(xiàn)，從1980年代至2000年代，同樣在長期不施氮肥條件下農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)水稻、小麥和玉米三大糧食作物的吸氮量平均增加16%，而非農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)木本、草本和所有物種的葉片含氮量平均增加33%；而同時(shí)期的植物葉片含磷量沒有發(fā)生顯著改變，指示土壤環(huán)境保持相對(duì)穩(wěn)定，氮素增加主要來自大氣沉降。

該小組的研究結(jié)果還表明，中國氮素沉降的增加主要受氮肥、畜牧業(yè)等農(nóng)業(yè)源和工業(yè)、交通源等非農(nóng)業(yè)源活性氮排放的影響。目前主要來自農(nóng)業(yè)源氨排放的銨態(tài)氮沉降是氮素沉降的主體，占總沉降量的2/3左右，氮肥的直接排放（農(nóng)田）和間接排放（養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便等）是銨態(tài)氮沉降的主要貢獻(xiàn)者；而以來自非農(nóng)業(yè)源（燃煤和汽車尾氣等化石能源燃燒）氮氧化物排放為主的硝態(tài)氮沉降約占總沉降量的1/3，硝態(tài)氮在沉降中的比例已經(jīng)從1980年代的1/6增至1/3，說明來自非農(nóng)業(yè)源的排放增速更快。

這一研究成果揭示了過去30年（1980-2010年），我國出現(xiàn)了區(qū)域性大氣活性氮污染、氮素沉降以及農(nóng)田與非農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)“氮富集”加劇的現(xiàn)象；中國氮素沉降的顯著升高與氮肥施用（農(nóng)田不合理施氮及畜禽糞便等管理）和化石能源消費(fèi)大幅度增加所導(dǎo)致的人為活性氮排放有密切關(guān)系；實(shí)現(xiàn)氮肥和畜牧業(yè)等農(nóng)業(yè)源氨的減排是當(dāng)前中國控制氮素沉降的主要立足點(diǎn)，同時(shí)，大幅度減少各種化石能源等非農(nóng)業(yè)源活性氮的排放已越來越迫切。

譯文來自：Nature 494， 459-462 （28 February 2013）

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所

小麥D基因組供體種—粗山羊草基因組草圖

通過D基因組草圖的研究發(fā)現(xiàn)，在漫長的進(jìn)化過程中，D基因組的抗病相關(guān)基因（如NBS-LRR基因等）數(shù)量發(fā)生顯著擴(kuò)張，大大增強(qiáng)了它的抗病性；對(duì)抗非生物應(yīng)激反應(yīng)的基因也發(fā)生顯著擴(kuò)張，從而大大增強(qiáng)其抗逆性與適應(yīng)性；在D基因組發(fā)現(xiàn)了小麥特有的品質(zhì)相關(guān)基因，其中許多也發(fā)生了顯著擴(kuò)增，從而使小麥的品質(zhì)性狀大大得到改良，成為唯一能夠制作饅頭、面包、餃子等多種食品糧食作物；正是由于D基因組的加入，才使小麥的抗病性、適應(yīng)性與品質(zhì)得到大大改良，從而才使小麥走出發(fā)源地，走向世界各地，成為世界上種植區(qū)域最廣的第一大糧食作物。研究還發(fā)現(xiàn)大約在300萬年前，由于重復(fù)序列的大量插入，使小麥基因組急劇膨大，這一事件可能與當(dāng)時(shí)地球的氣候變化有關(guān)。

小麥的基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究對(duì)于小麥的育種與生產(chǎn)產(chǎn)生了巨大的推動(dòng)作用。在細(xì)胞遺傳學(xué)時(shí)代，小麥細(xì)胞遺傳學(xué)走在各主要農(nóng)作物的前列，由于小麥矮稈基因、光周期不敏感基因與抗病基因的發(fā)掘與利用，促成了全球范圍的第一次“綠色革命”。在進(jìn)入基因組學(xué)時(shí)代之后，由于小麥基因組巨大而復(fù)雜，因而使其研究嚴(yán)重滯后，大大制約了小麥品種改良的進(jìn)展?；蚪M組測(cè)序已成為制約小麥科學(xué)研究與生產(chǎn)發(fā)展的關(guān)鍵，同時(shí)也對(duì)世界小麥研究工作者提出了巨大的挑戰(zhàn)。

譯文來自：Nature 496， 91–95 （04 April 2013）

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所

小麥A基因組的測(cè)序

小麥?zhǔn)侨蜃钪匾募Z食作物，養(yǎng)活了世界上40%的人口，提供全球20%的人類營養(yǎng)所需熱能和蛋白質(zhì)。生產(chǎn)上廣泛種植的普通小麥?zhǔn)且粋€(gè)異源六倍體，含有A、B和D三個(gè)基因組。追本溯源，普通小麥?zhǔn)怯勺嫦纫吧囊涣Ｐ←湥趵瓲枅D小麥，含AA基因組）與擬斯卑爾托山羊草（Aegilops speltoides，含BB基因組）雜交形成四倍體小麥（Triticum turgidum，含有AABB基因組）。大約在8000年前，四倍體小麥與粗山羊草（Aegilops tauschii， 含DD基因組）再一次自然雜交，經(jīng)自然和人類的選擇形成如今廣泛栽培的普通小麥（Triticum aestivum， 含AABBDD基因組）。由于普通小麥基因組大（17000Mb，是水稻基因組的40倍）而復(fù)雜，85%以上序列為重復(fù)序列，致使基因組測(cè)序研究困難重重，進(jìn)展緩慢，成為了限制小麥基礎(chǔ)和應(yīng)用研究進(jìn)一步發(fā)展的一個(gè)瓶頸。含有A基因組的烏拉爾圖小麥?zhǔn)切←淎基因組的原始二倍體供體種，也是小麥進(jìn)化的基礎(chǔ)性基因組（世界上所有小麥包括二、四、六倍體小麥、Timopheevii和Zhukoviskyi小麥等都含有A基因組），在小麥進(jìn)化過程中起著核心作用。

研究團(tuán)隊(duì)利用新一代測(cè)序技術(shù)，對(duì)二倍體烏拉爾圖小麥G1812系的基因組進(jìn)行了測(cè)序、組裝、注釋及相關(guān)分析。鑒定出了34，879個(gè)編碼蛋白基因，其基因數(shù)量與已知禾本科植物基因組的基因數(shù)相似?；蚪M比較研究發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)化過程中由于大量反轉(zhuǎn)座子重復(fù)序列在基因間的插入，導(dǎo)致了小麥A基因組的劇烈擴(kuò)增。與已知禾本科作物基因組比較分析，鑒定出了3，425個(gè)A基因組特異基因和24個(gè)新小RNA，并發(fā)現(xiàn)含NB-ARC功能域的抗病基因在小麥A基因組明顯增多。這些基因和小RNA的擴(kuò)張可能是賦予小麥抵御惡劣生存環(huán)境和廣適性的主要原因。通過同源基因的比對(duì)和關(guān)聯(lián)分析，還鑒定出了一批控制重要農(nóng)藝性狀的基因，如控制籽粒長度和千粒重的TuGASR7基因。此外，該研究還篩選出大量的遺傳分子標(biāo)記，將有助于重要數(shù)量農(nóng)藝性狀基因的克隆及基因組選擇，促進(jìn)小麥的分子育種。

譯文來自：Nature 496， 87-90 （04 April 2013）