创新引领发展
科研驱动进步
年末
国科大科研团队们
助力五星红旗首次在月球独立展示
新冠病毒刺突蛋白与宿主亲和力计算取得进展
研发世界首台深地实验强流离子源系统
揭示藏药天然活性化合物的药理作用
……
让我们一起来看看
国科大年12月
具体的科研动态和最新突破吧！
科研动态概览
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01
年12月3日晚，嫦娥五号探测器在月球成功着陆、顺利采样后，点火起飞前，一面鲜艳的五星红旗在嫦娥五号探测器上展开，此次国旗展开是我国在月球表面首次实现国旗的独立展示。国科大师生所在的中科院兰州化学物理研究所磨损与表面工程课题组，在国旗独立展示中，承担了所有机构和关键位置的润滑防冷焊处理，助力国旗首次在月球独立展示。
国旗能够实现独立展示，主要依靠月面国旗展示系统辅助，该系统在折叠状态下随探测器升空，着陆月球后按照指令解锁打开。嫦娥五号月面国旗展示系统是本次任务有效载荷分系统一个关键项目。保证可靠性是整个国旗展示系统的第一任务。整套系统涉及解锁、支架展开、支架固定等步骤，如果支架无法在月球上成功展开，一切都将前功尽弃。国旗展示系统使用的支架结构在空间环境中要承受冷热交变、空间辐照、极低真空等恶劣环境考验。
为了解决支架零部件的防冷焊问题，磨损与表面工程课题组用高强度的粘结固体润滑涂层对系统所有的机构和关键位置都进行了润滑防冷焊处理。针对展开系统质轻、件小、壁薄、精度高和环境苛刻等要求，课题组利用多官能团的活性树脂对高强度树脂做了改性，既保证了涂层强度不降、寿命不减，满足地面空间各项试验考核，又降低了涂层的交联固化温度。通过多项试验，不断调整材料参数，满足了小零件高精度的要求，最终完成了展开系统零部件的防冷焊润滑处理，为国旗在月球表面顺利展开发挥了重要作用。
02
新冠病毒刺突蛋白与宿主亲和力计算获进展
席卷全球的新冠病毒肺炎（COVID-19）是由SARS-CoV-2病毒引起的。新冠病毒的刺突蛋白位于病毒表面，介导病毒与宿主细胞ACE2受体的结合，从而帮助病毒入侵和感染宿主，并因此成为许多疫苗和抗体药物的靶点。研究发现，新冠病毒刺突蛋白的受体结构域（RBD）与ACE2受体的结合能力比年的非典SARS-CoV病毒更强。然而，在刺突蛋白全长结构上的研究却表明，新冠病毒的ACE2结合能力比非典SARS-CoV病毒弱。
为弄清楚这种差异的分子机制，国科大博士生导师、中科院上海药物研究所药物发现与设计中心朱维良课题组通过计算模拟手段，研究了新冠病毒刺突蛋白的动态构象变化，计算了刺突蛋白在处于不同构象形态时的宿主ACE2结合能力，揭示了RBD结构域及全长蛋白与ACE2亲和力差异的分子机制，并预测了多个潜在的药物结合位点。相关成果年12月4日在J.Phys.Chem.Lett.上发表。
冷冻电子显微镜研究表明，刺突蛋白具有多种不同的构象状态，只有当其处于“向上”的打开状态时，它的RBD结构才能与宿主ACE2受体结合。因此，刺突蛋白全长结构和局部RBD结构的ACE2结合能力差异可能与其构象的动态变化过程有关。研究人员首先通过他们开发的高效分子动力学模拟方法NUMD及vsREMD，观测到了新冠病毒刺突蛋白从“向下”转变到“向上”的构象变化全过程，并发现刺突蛋白需要打开到一定角度（52.2°）才能与宿主ACE2结合。
在这一构象转变中，作者还发现随着刺突蛋白“向上”的角度越大，刺突蛋白与宿主ACE2的结合能力也变得越强。此外，相比SARS-CoV病毒，新冠病毒刺突蛋白呈现“向上”构象的比例更少，转变成“向上”状态的能垒也更高。这一结果表明，尽管新冠病毒刺突蛋白的RBD结构域具有比SARS-CoV病毒更强的宿主ACE2结合能力，但新冠病毒更不容易从“向下”转变成“向上”状态，导致其全长结构的ACE2结合能力与SARS-CoV病毒相当或者更弱。
论文共同第一作者为国科大博士研究生（培养单位：上海药物所）彭诚和朱正诞，通讯作者为国科大研究生导师徐志建副研究员和国科大博士生导师朱维良研究员。
03
揭示硝酸盐诱导的磷响应机制
国科大博士生导师、中科院遗传与发育生物学研究所储成才研究员课题组长期致力于水稻营养高效吸收利用的分子基础解析及作物的分子设计育种研究，鉴定到硝酸盐转运蛋白NRT1.1B的自然变异是导致水稻籼粳亚群间氮利用效率差异的重要原因。进一步研究发现，NRT1.1B在硝酸盐存在情况下，通过招募泛素连接酶NBIP1，介导细胞质抑制蛋白SPX4的降解，从而释放调控磷信号的核心转录因子PHR2，促进磷吸收；此外，SPX4还可与硝酸盐信号核心转录因子NLP3互作，SPX4的降解同时促进了NLP3从细胞质向细胞核中的穿梭，进而激活硝酸盐应答反应。因此，这一系列工作不仅揭示了NRT1.1B-SPX4-NLP3组成的硝酸盐信号从细胞膜感知至细胞核响应的主信号通路，还揭示了硝酸盐信号通过NRT1.1B-SPX4实现对硝酸盐应答基因和磷应答基因的协同调控，实现氮磷营养平衡的分子机制。
国科大已毕业博士张志华等通过对硝酸盐诱导的水稻进行RNA-seq分析，筛选鉴定到6个受硝酸盐显著诱导上调的转录因子HINGE1-HINGE6(HighlyInducedbyNitrateGene)。该研究进一步完善了水稻氮磷互作信号网络在细胞核内的调控机制，对于植物营养学研究具有重要意义。
该项工作于年12月11日在线发表于MolecularPlant。张志华和吉林大学师资博士后李钊为本文共同第一作者，储成才研究员和胡斌研究员为共同通讯作者。
04
中心体蛋白调控大脑发育机制研究获进展
Talpid3蛋白是一个定位于中心粒上的蛋白，遗传学研究表明Talpid3(KIAA)基因突变会导Joubert综合症。Joubert综合症是一种纤毛缺陷导致的罕见的严重的神经发育疾病，患者小脑和脑干畸形或发育不全，出现共济失调和平衡障碍，但是大脑皮层发育是否正常却鲜有报道。
国科大博士生导师、中科院遗传与发育生物学研究所吴青峰研究员课题组在本研究中首先利用子宫胚胎颅内电转技术敲降E13.5天胚胎小鼠大脑皮层中Talpid3蛋白，发现在小鼠大脑皮层发育过程中，敲降Talpid3会导致大脑皮层出现异常分层，放射状胶质细胞（RadialGlialCells，RGCs）从基底端到顶端的核动态迁移存在缺陷，从而滞留于脑室区基底端，并提前分化成中间前体细胞，最终影响大脑皮层中神经元的产生数量。进一步研究发现Talpid3通过调控中心体的完整性来保持微管组织的稳定，从而维持脑室面顶端区域粘着连接的完整，进而调控神经干细胞增殖与分化过程。本研究揭示了一个中心体蛋白通过调控粘着连接进而影响大脑皮层发育的新机制。
该成果“Talpid3-MediatedCentrosomeIntegrityRestrainsNeuralProgenitorDelaminationtoSustainNeurogenesisbyStabilizingAdherensJunctions”于年12月15日在CellReports杂志在线发表。吴青峰组工程师王静静为本文第一作者，国科大已毕业硕士李彤和在读博士研究生王景丽为本文共同第一作者。
05
实现三重态促进的高效有机固态激光
国科大博士生导师、中科院光化学重点实验室赵永生课题组近年来一直致力于有机固态激光器的理论研究（Acc.Chem.Res.,49,-）和应用开发（Nat.Commun.,10,）。
针对有机光学增益材料载流子迁移率不平衡带来的极化子损耗问题，他们构筑了具有平衡双极传输特性的电荷转移复合物增益介质，首次实现了这类材料的受激辐射（Sci.Adv.,5,eaaw），为开发新型双极传输激光材料提供了有价值的参考。然而对于最具有挑战性的三重态损耗，常规思路是利用三重态的化学淬灭来抑制三重态相关损耗。如果能够有效利用三重态的能量，不仅能够降低损耗，还将“变废为宝”，从而显著提高有机固态激光的效率。
该研究成果发表于近期出版的德国应用化学（Angew.Chem.Int.Ed.,59,-）上，通讯作者是闫永丽研究员和赵永生研究员，第一作者是周忠豪博士。
06
估算分析全球滨海湿地的碳埋藏速率及影响因素
典型滨海湿地蓝碳生态系统碳循环示意图（引自唐剑武等中国科学）
滨海湿地是一类重要的海岸带生态系统。与陆地生态系统相比，滨海湿地拥有更强的固碳能力，可以更高效地从大气中吸收CO2气体并将其稳定储存起来。但是，我们对滨海湿地这一蓝碳生态系统的碳储量、速率和机制尚缺乏足够的了解。
为了弥补这一缺失，国科大研究生导师、中科院华南植物园小良站王法明副站长与中外科学家合作，利用滨海湿地碳沉积数据和全球滨海湿地分布数据，系统估算了当前全球尺度上的滨海湿地蓝碳固碳能力。
结果显示，无论在何种气候变化情景和人类干扰模式下，全球的滨海湿地碳埋藏速率都将稳定增加，显示出滨海湿地对气候变化的负反馈效应，即，随着降水、温度和相对湿度的增加，滨海湿地的碳埋藏速率也将增加。这意味着，在全球变暖的背景下，海岸带蓝碳生态系统将在应对气候变化中发挥重要作用。该项研究是首个有关全球尺度上滨海湿地蓝碳固碳速率（碳通量）的系统估算与预测，其结果对于指导全球和各国对滨海湿地等蓝碳生态系统的管理与恢复、履行《巴黎协定》所规定的减排增汇目标具有重要的指导意义。
07
介绍碱基编辑工具全基因组水平特异性检测的实验流程与分析方法
国科大博士生导师、中科院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究员课题组前期通过利用相似遗传背景的植物突变体及全基因组测序技术，发现胞嘧啶碱基编辑器可造成全基因组范围的不依赖sgRNA的脱靶效应，并结合脱氨酶理性设计与新型筛选策略开发出了高精度、高编辑活性的新型胞嘧啶碱基编辑工具。其基于水稻植物重测序的基因组编辑工具特异性评价方法利用了水稻基因组小、参考基因组序列清晰，具有突变体群体异质性较低的特点，可以准确、灵敏地评价全基因组范围碱基编辑工具的特异性。为了进一步普及和促进该方法的使用，高彩霞研究组应邀在NatureProtocols杂志发表文章，详细介绍在个体水平评价基因组范围基因组编辑工具特异性的具体实验和数据分析流程。
该文章于年12月21日在线发表于NatureProtocols杂志上。国科大博士生靳帅（培养单位：遗传发育所，指导教师：高彩霞研究员）为该论文的第一作者，高彩霞研究员为通讯作者。
08
世界首台深地实验强流离子源系统成功出束
国科大师生所在的中科院近代物理所团队发挥在强流离子源技术方面的优势，根据深地实验的极低本底要求，成功研制世界上首台深地实验强流离子源系统。该系统于年12月14日在锦屏深地实验室安装并成功出束，可产生20emA的He+、10emA的He+、2.5emA的He2+束流，束流的稳定性好于验收指标±5%的要求，离子源束流能散小于50eV。
该系统设计上综合考虑了高流强、高品质与低辐射本底等关键技术因素，完全满足了深地核天体物理实验的需求，比国外同类装置的流强高出10倍以上，是目前深地实验中束流最强的离子源系统。
该系统与中国原子能科学研究院的加速器平台相结合，将使我国科研人员有条件实现世界上其他实验室无法完成的天体物理关键反应的精确测量，有望使我国在实验核天体物理领域跻身国际领先行列。
09
揭示咽囊在弓动脉前体细胞特化中的重要作用
年12月17日，国科大博士生导师、中科院动物研究所王强研究员课题组在Development在线发表了题为Pharyngealpouchesprovideanichemicroenvironmentforarcharteryprogenitorspecification的研究论文。该研究以斑马鱼为模式生物，结合细胞谱系追踪、组织特异性消除和突变体制备等实验技术探讨了咽囊对弓动脉发育的调控作用，发现咽囊直接与咽区中胚层接触，并通过表达和分泌BMP2a与BMP5，激活咽区中胚层细胞的BMP活性，为其特化为弓动脉前体细胞提供了一个合适的微环境。
BMP信号胞内效应因子Smad1/5/8在弓动脉前体细胞中存在动态的磷酸化激活。咽囊能分泌表达多种BMP，咽囊缺失后，咽区中胚层的BMP活性被显著抑制。在缺失咽囊的胚胎中重新激活BMP信号，能很好地挽救弓动脉前体细胞特化的缺陷。此项研究表明，咽囊在弓动脉发育过程中建立了一个前体细胞特化的微环境，对弓动脉发育具有直接且重要的作用。同时，这些研究揭示了咽囊的起源和其通过组织间相互作用调控头部组织器官发育的重要功能机制。
10
阐明核子短程关联在中子星输运性质及r-模不稳定性中的作用
中子星作为一类致密天体，其内部是具有极高密度的丰中子物质。因此，致密物质输运性质的可靠信息，对于理解恒星热演化和引力波辐射驱动的r-模不稳定性至关重要。
国科大师生所在的中科院近代物理研究所课题组，首次阐明了核子短程关联在核物质热导率及剪切黏滞性中的作用，进而说明了其在中子星输运性质及r-模不稳定性中的作用。研究者认为即使在非常低的温度（K）下，剪切黏滞性也不足以使得快速转动的中子星的r-模震荡稳定。这一点扩充了我们对于脉冲星物理中的r-模不稳定性的认知。
11
HIAF项目放射性次级束流分离器HFRS半孔径CCT四六极超导组合磁体样机成功完成低温测试
国科大师生所在的中科院近代物理研究所强流重离子加速器装置（简称HIAF）项目组自主研发的半孔径CCT（CantedCosineTheta）四六极超导组合磁体样机首次完成目标电流满载励磁测试，四极线圈和六极线圈单独励磁一次达到设计值A（四极线圈）和A（六极线圈），低温旋转线圈测量磁场梯度及积分场高阶量达到设计值，由此验证了CCT型四六极组合磁体技术的可行性以及磁体结构和工艺的可靠性。
HIAF-HFRS是世界上磁刚度最高的放射性次级束流分离器（最高磁刚度达25Tm），将大规模采用最先进的CCT多极超导组合磁体技术。CCT结构超导磁体是HIAF核心关键技术之一，半孔径样机的成功研制和测试，标志着项目组攻克了骨架加工、CCT线圈绕制和环氧浸渍等核心工艺技术，解决了HIAF又一核心关键技术样机难题，为CCT超导磁铁的批量加工奠定了良好基础，同时对于推进未来重离子加速器装置的高能化和小型化具有重要意义。
12
全球草地生态系统氧化亚氮排放速率对氮沉降响应特征及调控因素
大气氮沉降增加是全球变化重要特征之一，也是反映大气环境质量状况变化的重要指标，它对全球尺度碳氮循环及环境质量均具有重要影响。目前，有关氮沉降对全球草地生态系统氧化亚氮排放特征的影响强度及调控机理尚不清晰。
国科大师生所在的西北高原生物研究所高寒草地生物地球化学过程学科组的研究基于全球草地生态系统已开展的80项模拟氮沉降试验结果进行meta分析表明：氮沉降极显著增加全球草地生态系统N2O排放速率，平均效应值约为1.64±0.14(95%置信区间为1.37-1.92，P0.)。采用随机效应模型，引入分类变量(氮素类型)作为解释变量，发现不同氮素对平均效应值影响强度顺序依次为：家畜尿液、尿液和粪便混合物、粪便、硫酸铵、硝酸铵和尿素。通过混合效应模型，引入连续变量作为解释变量发现，全球草地生态系统平均效应值主要受气温、海拔及pH值影响，分别可以解释25.88%、20.50%和19.99%的效应值变异。积极应对全球增温和土壤酸化及退化程度，降低全球平均气温和延缓土壤pH降低趋势，均有利于降低氮沉降对草地生态系统N2O排放的激发效应。
研究结果以NitrogendepositionincreasesglobalgrasslandN2Oemissionratessteeply:ameta-analysis为题，发表在农林科学一区期刊Catena，影响因子4.33。
年12月科研动态梳理
就到这里啦
各位UCASer科研工作也要顺利呀
我们下期见！
素材来源：中国科学院大学