2019年度中国生命科学领域十大进展

为推动生命科学领域的创新性发展，充分展示和宣传我国生命科学领域的重大科研成果，近日，中国科协生命科学学会联合体组织18个成员学会推荐，经生命科学领域同行专家评审及联合体主席团评选和审核，向社会公布了2019年度“中国生命科学领域十大进展”(排名不分先后)。

入选的十大进展为：;磁受体蛋白MagR的发现;细胞内胆固醇运输的新机制;细胞炎性坏死机制研究;发育过程中人类原始生殖细胞基因表达网络的表观遗传调控;昆虫长、短翅可塑性发育的分子“开关”;高等植物光系统I光合膜蛋白超分子复合物晶体结构解析;口服重组幽门螺杆菌疫苗研究;剪接体的三维结构以及RNA剪接的分子结构基础研究;化学重编程中间状态的鉴定和化学重编程新体系的建立。

水稻感受和抵御低温的机制研究

水稻起源于热带和亚热带，对环境低温非常敏感，限制了其种植区域。人工驯化选择使粳稻种植能延伸到低积温带区域。近年来全球气候变化导致的异常气温频发，直接威胁水稻的生产，而植物感知低温机理知之甚少。中国科学院植物研究所种康研究组与中国水稻所钱前研究员等合作发现水稻感受低温的数量性状位点基因COLD1赋予了粳稻的耐寒性。该基因编码一个九次跨膜的G-蛋白信号调节因子，定位于质膜和内质网。遇冷时COLD1与G-蛋白α亚基RGA1互作，激活Ca2+通道、触发下游耐寒防御反应;COLD1jap基因起源于中国野生稻而赋予粳稻耐寒性。这是国际上首次报道的植物低温感受器，揭示了人工驯化赋予粳稻耐寒性的分子细胞学机制。该成果对于水稻耐寒性的分子设计改良有重要的指导意义和潜在的应用前景。本研究成果在2019年7月《Cell》杂志上以封面论文发表。

细胞内胆固醇运输的新机制

胆固醇是细胞不可或缺的脂类物质，其代谢异常会引起动脉粥样硬化和神经系统病变。细胞内胆固醇运输的机制并不清楚。武汉大学宋保亮团队研究发现，过氧化物酶体与溶酶体之间可产生动态接触，该过程由溶酶体上的SytVII蛋白结合到过氧化物酶体上的脂质分子PI(4,5)P2来介导。胆固醇正是通过这一新型的细胞器的膜接触，由溶酶体运输至过氧化物酶体。许多过氧化物酶体基因突变会导致发育和神经系统功能障碍，该工作第一次揭示了胆固醇堆积是过氧化物酶体紊乱疾病的发病原因之一。这项研究不仅发现了细胞内胆固醇运输的新机制，揭示了过氧化物酶体细胞器的新功能，更重要的是为治疗胆固醇代谢异常相关疾病提供了新的线索和思路。研究成果在2019年4月《Cell》上发表，同期配发了评述文章。

细胞炎性坏死机制研究

细胞炎性坏死(细胞焦亡，pyroptosis)是机体的重要免疫防御反应，在清除病原感染和内源危险信号中均发挥重要作用。细胞焦亡由炎性蛋白酶caspase(caspase-1和caspase-4/5/11)介导，但具体机制完全不清楚。北京生命科学研究所邵峰团队和厦门大学韩家淮团队分别独立鉴定出全新的GSDMD蛋白，并证明GSDMD是所有炎性caspase的共有底物，其切割对于caspase激活细胞焦亡既是必要的也是充分的。这些工作揭示细胞焦亡的关键分子机制，为多种自身炎症性疾病和内毒素诱导的败血症提供了全新的药物靶点。邵峰和韩家淮论文分布在《Nature》(2019年10月)和《Cell Research》(2019年12月)上发表。

口服重组幽门螺杆菌疫苗研究

幽门螺杆菌(Hp)是慢性胃炎、胃及十二指肠溃疡的致病菌，是胃癌的主要致病因子。我国胃病患者超过1亿，每年因胃癌死亡者达20万人。第三军医大学邹全明、中国食品药品检定研究院曾明和江苏省疾病预防控制中心朱凤才三位教授联合研究，发明了“Hp分子内佐剂粘膜疫苗”设计原理和安全高效的首个人用分子内粘膜免疫佐剂;设计与*出全新的Hp疫苗组份;研究出国际上首个Hp疫苗生产与检定质量标准。历时15年，完成了Hp疫苗5000余人参加的临床试验，成功研发了具有完全自主知识产权的世界首个Hp疫苗，并安全、有效，保护率达71.8%，获国家1.1 类新药证书。

剪接体的三维结构以及RNA剪接的分子结构基础研究

“中心法则”是分子生物学中的关键定理，描述了细胞最基础的生命活动。在真核细胞中，蕴藏在基因组DNA序列中的遗传信息先传递给信使RNA。转录的RNA需经剪接体(Spliceosome)成熟之后再翻译成蛋白质，执行生物学功能。剪接体(Spliceosome)是一个巨大而又复杂的动态分子机器，清华大学施一公课题组创新性地利用酵母细胞内源性蛋白提取获得了性质良好的样品，并利用前沿的单颗粒冷冻电子显微镜技术，首次解析了酵母剪接体近原子水平的高分辨率三维结构，并在此基础上进行了详细分析，阐述了剪接体对前体信使RNA执行剪接的工作机理。这一研究成果2019年9月在《Science》杂志以两篇“背靠背”的长文发表。

磁受体蛋白MagR的发现

生物能否感知及如何感受地球磁场的存在是生命科学中的未解之谜。北京大学生命科学学院谢灿实验室及合作者发现普遍存在于动物中的磁受体基因，其编码的磁受体蛋白MagR具备内源磁性，能识别外界磁场并顺应磁场方向排列，据此提出一个新的“生物指南针”分子模型。这项发现有助于分析动物迁徙和生物导航之谜，同时也为未来发展基于磁场进行大分子分离纯化，操纵细胞活性和动物行为包括磁遗传学，以及新型磁性生物材料的开发提供了可能。本研究成果在2019年11月《Nature Materials》杂志上发表。

昆虫长、短翅可塑性发育的分子“开关”

昆虫长、短翅可变发育是生物发育可塑性的典型例子，是昆虫进化成功的重要特性。稻飞虱是水稻的最重要害虫，若虫可以根据环境条件变化，选择性地发育为能飞行的长翅型成虫，或发育为不能飞行但繁殖更强的短翅型，这种可塑性发育是该虫成为毁灭性大害虫的重要原因。浙江大学张传溪教授带领的团队研究发现，稻飞虱翅芽的两个胰岛素受体在长、短翅分化中作用相反，起着分子“开关”作用。抑制胰岛素受体I基因和胰岛素通路会导致转录因子FOXO进入细胞核，若虫就发育为短翅型成虫;而抑制在翅芽组织中特异表达的胰岛素受体II基因就会导致FOXO滞留于翅芽的细胞质，若虫就发育为长翅型成虫。本研究成果在2019年3月《Nature》杂志上发表，被认为“是多型现象分子机理研究的一个里程碑”，在稻飞虱防治上具有重要价值。

高等植物光系统I 光合膜蛋白超分子复合物晶体结构解析

光系统I(PSI)光合膜蛋白超分子复合物是光合作用中高效吸能、传能和转能的系统，其量子转化效率几乎为100%。中国科学院植物研究所匡廷云、沈建仁研究团队在原子水平分辨率的高等植物光系统I-捕光天线(PSI-LHCI)晶体结构，解析了高等植物PSI-LHCI的精细结构，其中包括16个蛋白亚基和205个辅因子，总分子量约600kDa;揭示光系统I的4个捕光色素蛋白复合体(Lhca1-4)在天然状态下的结构及相互关系，LHCI全新的色素网络系统和LHCI红叶绿素的结构，明确提出LHCI向核心能量传递可能的4条途径。该研究成果对于阐明光合作用机理及提高作物光能利用效率和开辟太阳能利用的新途径都具有重要的理论和实践意义。该研究成果在2019年5月《Science》期刊以长文的形式并作为封面文章发表。

发育过程中 人类原始生殖细胞基因表达网络的表观遗传调控

生殖细胞(*和卵细胞)是人类生命繁衍、维持物种稳定和延续的种子和纽带，在胚胎发育过程中来自原始生殖细胞。人类原始生殖细胞基因表达网络的特征及其表观遗传学调控一直是亟待解决的重大发育生物学问题。北京大学汤富酬研究团队与北京大学第三附属医院乔杰研究团队紧密合作，采用单细胞转录组高通量测序等一系列关键技术，深入、系统地解析了人类原始生殖细胞多个发育阶段的转录组和DNA甲基化组的动态变化，揭示了人类原始生殖细胞基因表达调控的一系列关键独特特征，这为人们提供了一个深度解析人类原始生殖细胞中基因表达网络表观遗传调控的精准坐标系统，有助于更好地理解人类生殖细胞和早期胚胎发育的根本规律。该项研究未来对辅助生殖技术安全性评估、以及临床上生殖细胞发育异常相关疾病机理的解析等可能具有重要意义。该研究成果2019年6月在《Cell》期刊发表。

化学重编程中间状态的鉴定和化学重编程新体系的建立

“体细胞重编程”技术可以将已经分化和特化的体细胞诱导逆转成为“生命之初”的多潜能干细胞。北京大学邓宏魁的研究团队在2019年报道小分子化合物诱导的体细胞重编程技术(化学重编程)的基础上，发现了化学重编程的一个中间状态，其基因表达谱、体内发育能力和重编程能力均类似于胚外内胚层(XEN)细胞。这一发现表明化学重编程是一个分子路径上完全不同于转基因诱导体细胞重编程的全新途径，为进一步改进化学重编程体系提供了一个关键的分子路标;并将大幅提升了化学诱导的多潜能干细胞(CiPS细胞)的诱导效率。这一成果体现了小分子化合物调控细胞命运的特点和优势，有望在再生医疗中为获得病人自体的组织和器官提供理想的细胞来源。该研究成果2019年12月在《Cell》杂志发表。