国科大历史与发展（国科大6月科研成果速览）

6月，国科大科研学子

继续创新，前进不止

PNAS发表

中科院西北研究院与国科大研究成果

阐释青藏高原多年冻土退化下

活动层土壤的微生物稳定性降低与碳损失关系

两篇论文Nature“背靠背”在线发表

首次对代谢型谷氨酸受体

从非活化到完全活化状态精细构象

变化过程的全面阐释

揭示其同源和异源二聚体

复杂的信号转导模式

在沙粒病毒复制研究领域取得进展

为靶向聚合酶的广谱抗病毒药物设计

提供全新方向

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1.完成玉米B染色体精细图谱和功能研究

2.在荒漠植物中水势调节能力研究方面取得新进展

3.在PNAS发表青藏高原多年冻土退化下活动层土壤的微生物稳定性降低与碳损失关系

4.在沙粒病毒复制研究领域取得进展

5.在代谢型谷氨酸受体结构揭示C类GPCR二聚化及功能调控机制方面取得进展

6.揭示多重压力因子对长江干流鱼类群落的影响

7.在城市化对河流浮游植物群落结构和功能的影响方面取得进展

8.在小幅盐度变化影响水库浮游生物群落构建和稳定性方面取得进展

9.揭示精氨酸甲基化转移酶Prmt7精准调控抗病毒先天免疫的分子机制

10.揭示碳化钛表面的钛氧物种与钴的相互作用促进费托合成反应活性

11.揭示甲醇制烯烃反应中C-C键的生成机理

12.在小麦杂种坏死研究中取得新进展

13.在低氧适应研究中取得新进展

14.揭示连接沉水植物中枢性状和生态系统功能的化学计量和生理学机制

15.人工生物土壤结皮接种体快速、规模化扩繁及野外接种技术方面取得进展

16.在沿海城市清洁条件下大气PM2.5中硫酸盐的形成机制方面取得研究进展

17.利用废纸资源发酵产纤维素酶研究方面取得进展

18.研发的1类新药PA9159获批进入临床研究

19.对光子气穿过等离子体辐射转移理论研究获进展

20.揭示冻土活动层土壤氧化亚氮排放对冻融过程中水热耦合的响应规律

21.在高性能水溶性双光子光功能材料及仿生水凝胶微纳3D打印研究方面取得进展

22.揭示双孢蘑菇圈调节高寒草甸植物生长的机制

23.在Nature Sustainability发表中国钢铁减排新进展

24.揭示发光颜色可调的铯锰溴纳米晶体的相变过程

完成玉米B染色体精细图谱和功能研究

国科大博士生导师、中科院遗传与发育生物学研究所韩方普研究组与美国密苏里大学James A. Birchler研究组、捷克科学院实验植物研究所Jan Bartos研究组经过多年合作，共同完成玉米B染色体的基因组图谱，解析了玉米B染色体的起源、进化及不分离的机制。

该论文6月5日在线发表于PNAS，Nicolas Blavet、杨华、国科大博士毕业生苏汉东为该论文的共同第一作者，James A. Birchler、Jan Bartos和韩方普为共同通讯作者。

在荒漠植物中水势调节能力研究方面取得新进展

中科院西北生态环境资源研究院沙坡头站研究团队以干旱沙区典型固沙植物油蒿（Artemisia ordosica）和柠条锦鸡儿（Caragana korshinskii）为实验对象，建立了油蒿和柠条不同组织的压力-体积曲线（P-V曲线），分析了不同组织的水分相关参数，研究了两种植物的水势调节能力和水分敏感性的差异。

成果以More sensitiveto drought of young tissues with weak water potential adjustment capacity intwo desert shrubs为题发表于生态环境领域Top期刊 Science of the Total Environment 。国科大博士研究生霍建强为论文第一作者，国科大研究生导师赵洋和国科大博士生导师张志山为论文共同通讯作者。

在PNAS发表青藏高原多年冻土退化下活动层土壤的微生物稳定性降低与碳损失关系

多年冻土区储存着大量有机碳，约占全球土壤碳库的一半以上。气候变暖背景下，多年冻土退化导致土壤有机碳降解并以温室气体形式释放，进一步加剧气候变暖。作为生物地球化学循环的“引擎”，微生物在调控多年冻土区土壤碳循环中发挥关键作用。以中科院西北生态环境资源研究院和国科大为核心的联合研究团队，在疏勒河源冰冻圈与生态环境综合监测研究站（中国科学院西北生态环境资源研究院和祁连山国家公园青海省管理局共建站）的长期定位监测点开展研究。

研究成果于6月15日以Reduced microbial stability in the active layer is associated with carbon loss under alpine permafrost degradation为题在线发表于PNAS。国科大博士研究生吴明辉、国科大研究生导师陈生云、青岛华大基因研究院助理研究员陈建威为共同第一作者，陈生云和国科大资环学院薛凯副教授为共同通讯作者。

在沙粒病毒复制研究领域取得进展

为了系统地研究沙粒病毒的复制机制，国科大博士生导师、中科院微生物研究所研究员施一团队开展研究。相关研究发现为靶向聚合酶的广谱抗病毒药物设计提供了全新方向，提示可以通过抑制聚合酶保守性功能基序的构象变化来进行广谱性抑制剂开发。

相关研究成果日前已在Nature Microbiology上作为7月封面文章提前在线发表，题为Cryo-EM structures of Lassa and Machupo virus polymerases complexed with cognate regulatory Z proteins identify targets for antivirals。国科大博士研究生徐欣、中科院微生物所副研究员彭如超和助理研究员彭齐为论文共同第一作者，施一为通讯作者。国科大存济医学院院长高福院士，国科大博士生导师、中科院微生物研究所研究员齐建勋，以及南方科技大学冷冻电镜中心主任王培毅教授等专家提供大力支持。

在代谢型谷氨酸受体结构揭示C类GPCR二聚化及功能调控机制方面取得进展

近日，国科大博士生导师、中科院上海药物研究所吴蓓丽研究组，赵强研究组，王明伟研究组，柳红研究组联合国科大博士生导师、中科院生物物理研究所孙飞研究组和华中科技大学刘剑峰研究组，在C类GPCR结构与功能的研究领域取得了一系列重要进展。这是首次对代谢型谷氨酸受体从非活化到完全活化状态精细构象变化过程的全面阐释，并揭示了其同源和异源二聚体复杂的信号转导模式。两篇相关研究论文于伦敦时间6月16日在Nature上“背靠背”在线发表（1，2）。

其中一篇研究论文的第一作者为国科大博士研究生林淑玲、中科院上海药物所副研究员韩硕和实验师蔡晓庆。另外一篇研究论文的第一作者为国科大杭州高等研究院博士后杜娟，国科大博士研究生王德健、林淑玲、范宏成和台林华，以及华中科技大学讲师许婵娟。该项目主要合作者还包括国科大博士生导师、中科院上海药物所杨德华研究员和周宇研究员、法国功能基因研究所Jean-Philippe Pin教授和Philippe Rondard教授等。

揭示多重压力因子对长江干流鱼类群落的影响

国科大博士生导师、中科院水生生物研究所研究员陈宇顺团队解析了多重景观压力因子对长江鱼类群落的影响。研究发现，长江中下游干流鱼类群落和景观压力因子均呈现显著的空间差异性。此外，从长江中游到下游，河岸带的城镇化程度、航运和捕捞压力以及岸线改造程度呈显著上升趋势，农业化程度呈显著下降趋势。

该研究揭示了河岸带土地利用类型和河道内压力因子对长江鱼类群落的定量影响，进一步突出了景观尺度分析方法在评估大型河流生态系统中多重人类活动干扰对鱼类群落多样性的影响的重要性，并为长江的水生生物保护提出了针对性的管理建议：建立或修复河岸缓冲带、加强商业航运的管理、实施岸线保护措施、加强渔业管理、修复水生生物产卵场生境等。

该研究成果以Riparian land use and in-channel stressors drive fish community structure in the Yangtze River为题发表于国际景观生态学会旗舰期刊 Landscape Ecology 。国科大博士研究生熊芳园为第一作者，陈宇顺为通讯作者。

在城市化对河流浮游植物群落结构和功能的影响方面取得进展

国科大博士生导师、中科院城市环境研究所水生态健康研究组杨军团队，对浮游植物群落结构和功能进行了研究。该研究揭示了流域城市化对河流浮游植物群落结构和功能的影响过程与效应，表明城市化通过改变环境进而降低浮游植物资源利用效率。研究结果为我国东南地区流域综合管理、河流水资源可持续利用和水生态保护修复提供了基础数据和科学依据。

研究结果以Urbanization reduces resource use efficiency of phytoplankton community by altering the environment and decreasing biodiversity为题发表于生态环境领域国际期刊Journal of Environmental Sciences。国科大硕士研究生杨义刚为第一作者，杨军为通讯作者。

在小幅盐度变化影响水库浮游生物群落构建和稳定性方面取得进展

国科大博士生导师、中科院城市环境研究所水生态健康研究组杨军团队在福建省厦门市集美区最大的景观水体（杏林湾水库）设立长期定位生态观测研究站，以微型真核浮游生物群落为对象，揭示了在低盐度条件下，即使小幅度的盐度增加也足以施加选择性压力，降低浮游生物多样性，并改变群落构建机制和网络稳定性。鉴于盐度的小幅度上升未来发生频率将更高，在评估、模拟和预测盐度对沿海城市淡水生态系统的影响，以及城市水体的管理和保护时，应充分考虑浮游生物群落对盐度变化的响应。综上，该研究为内陆城市水体的浮游生物群落生态以及盐度小幅度变化的生态效应提供了新见解。

研究结果以Low shifts in salinity determined assembly processes and network stability of microeukaryotic plankton communities in a subtropical urban reservoir为题发表在微生物领域国际期刊Microbiome。国科大博士研究生莫媛媛为第一作者，杨军为通讯作者。

揭示精氨酸甲基化转移酶Prmt7精准调控抗病毒先天免疫的分子机制

鱼类病毒病仍是我国水产养殖业发展的最重要威胁之一。培育抗病鱼类新品种是我国水产养殖业持续健康发展的重要保障。中科院水生所肖武汉团队研究人员为了获得培育抗病鱼类新品种的候选靶标分子，通过多组学技术，筛选了鱼类应对病毒感染的相关基因。

其中，他们发现prmt7可能在调控鱼类抗病毒天然免疫信号通路中发挥重要作用。该研究诠释了机体通过PRMT7的精准调控作用。一方面，在非感染状态时，有效控制先天免疫反应，避免其过度激活；另一方面，在病原体入侵后，及时激活抗病毒先天免疫反应，达到有效防御病毒入侵的目的。

该研究工作以Arginine monomethylation by PRMT7 controls MAVS-mediated antiviral innate immunity为题在线发表于Molecular Cell。国科大博士研究生朱俊佶为第一作者，肖武汉为通讯作者。

揭示碳化钛表面的钛氧物种与钴的相互作用促进费托合成反应活性

国科大研究生导师、中科院大连化物所电镜技术研究组刘岳峰副研究员团队与上海交通大学刘晰特别研究员团队合作，在碳化物作为载体的钴基费托合成研究中取得新进展，借助环境透射电子显微镜等原位表征技术，发现了在还原过程中碳化钛表面的钛氧物种迁移到了金属钴的表面，因此TiC表面的钛氧物种与钴纳米粒子之间的相互作用提高了反应的本征活性。此外，该工作还首次阐明了钴纳米粒子在惰性载体上还原过程的结构动态变化。

相关工作以Surface Oxygenate Species on TiC Reinforce Cobalt Catalyzed Fischer-Tropsch Synthesis为题近日发表于ACS Catalysis。该工作的第一作者为中科院大连化物所博士后蒋倩。

揭示甲醇制烯烃反应中C-C键的生成机理

国科大博士生导师、中科院大连化物所甲醇制烯烃国家工程实验室刘中民院士团队，魏迎旭研究员团队，徐舒涛研究员团队，与国科大研究生导师、中科院精密测量科学与技术创新研究院郑安民研究员团队合作，进一步研究了八元环CHA笼结构分子筛SSZ-13催化甲醇转化反应初始阶段C-C键的形成机理：通过原位（in situ）固体核磁共振技术，实现催化剂表面C1反应物（甲醇和二甲醚）、C1反应中间体（甲氧基和三甲基氧鎓离子）、C1物种活化态（类亚甲氧基物种）的观测；特别是首次在真实MTO反应过程中实现了初始烯烃前驱体（表面乙氧基）的捕获，由此构成了从C1反应物出发生成初始C-C键的完整反应链条。

相关研究成果以The First Carbon-carbon Bond Formation Mechanism in Methanol-to-hydrocarbons Process over Chabazite Zeolite为题近日发表于Chem。该工作的第一作者为国科大博士研究生孙毯毯和陈伟。

在小麦杂种坏死研究中取得新进展

国科大博士生导师、中科院遗传与发育生物学研究所凌宏清研究组克隆了小麦杂种坏死基因Ne2，揭示了持续激活的免疫反应与小麦杂种坏死之间的关系。该研究利用遗传分析、Ne2基因区间的共线性分析和Ne2的序列比对分析，推测Ne2与抗叶锈基因LrLC10/Lr13是同一个基因。该研究结果为深入研究杂种坏死的分子机制、通过分子标记辅助选择Lr13以及同时避免杂交坏死提供了契机。

相关研究成果6月23日在线发表于New Phytologist。国科大博士毕业生司要奇、中科院遗传与发育生物学研究所郑树松副研究员为本文的共同第一作者；凌宏清和郑树松为本文通讯作者。

在低氧适应研究中取得新进展

国科大博士生导师、中科院西北高原生物研究所研究员张同作课题组通过采用时间序列转录组对缺氧暴露第0、1、3、5、7 和 13 天的小鼠脾脏进行研究，探索缺氧期间小鼠脾脏的转录变化，挖掘调节应激红细胞生成的关键转录因子。

形态学分析结果显示，缺氧暴露第3天脾脏指数和红系祖细胞增殖显著增加。脾脏通过扩大红髓以产生更多的红细胞来克服缺氧。转录组测序结果显示基因的整体表达随着缺氧暴露的增加而降低。这些发现扩展了人们对缺氧期间脾脏转录变化的认识，丰富了人们对物种低氧期间应激造血的认识。

研究以Exposure to hypoxia causes stress erythropoiesis and downregulates immune response genes in spleen of mice为题近期发表于生物学Top期刊BMC Genomics。国科大博士研究生汪海静为论文的第一作者，张同作为通讯作者。

揭示连接沉水植物中枢性状和生态系统功能的化学计量和生理学机制

近日，国科大博士生导师、中科院水生生物研究所研究员谢平团队从沉水植物的中枢性状出发，基于对长江流域26个浅水湖泊的野外调查，研究人员首先构建了全植物水平（包括植物叶、茎和根）的植物性状网络来找出对沉水植物表型起关键调控作用的中枢性状。在全球湖泊富营养化加剧的趋势下，该研究对理解湖泊生态系统物质循环过程有着重要的理论意义，对恢复湖泊沉水植物和生态系统服务有着重要的实践意义。

该研究以Stoichiometric and physiological mechanisms that link hub traits of submerged macrophytes with ecosystem structure and functioning为题在线发表于Water Research。国科大博士研究生饶清洋为该论文第一作者，谢平为通讯作者。

人工生物土壤结皮接种体快速、规模化扩繁及野外接种技术方面取得进展

中科院西北生态环境资源研究院沙坡头沙漠研究试验站科研团队在腾格里沙漠东南缘针对四种不同粒径和不同养分含量的土壤基质（风沙土、栗钙土、灌溉渠道清淤土、弃耕农田土）覆盖沙面对人工结皮形成和发育的影响进行研究。研究发现，培养12个月后人工结皮覆盖率从接种时的6％增加到20％，厚度从2.94 mm增加到4.06 mm。与沙土基质相比，土壤基质因具有更高的沙面稳定性、初始细物质含量和养分含量，以及更长的土壤表面湿润持续时间，所以土壤基质覆盖沙面可创造出更利于人工结皮拓殖和发育的土壤生境。

该成果以Effects of covering sand with different soil substrates on the formation and development of artificial biocrusts in a natural desert environment 为题发表于土壤科学Top期刊 Soil and Tillage Research 。国科大研究生导师、中科院西北生态环境资源研究院赵洋副研究员为论文第一作者及通讯作者。

在沿海城市清洁条件下大气PM2.5中硫酸盐的形成机制方面取得研究进展

国科大博士生导师、中科院城市环境研究所陈进生团队在环境科学领域权威学术期刊Environmental Pollution发表题为Source apportionment of PM2.5 and sulfate formation during the COVID-19 lockdown in a coastal city of southeast China的研究论文。

该论文基于中科院城市环境研究所大气超级站针对PM2.5水溶性无机离子、金属元素、OC/EC、粒径谱等理化指标的高时间分辨率实时在线观测，研究了COVID-19封锁期间我国东南沿海城市大气PM2.5主要来源，并探讨了清洁大气条件下中硫酸盐形成的新机制。相关成果可为我国应对大气PM2.5污染防控“深水区”提供科学参考。该论文第一作者为国科大研究生导师、中科院城市环境研究所副研究员洪有为，通讯作者为陈进生。

利用废纸资源发酵产纤维素酶研究方面取得进展

纤维素酶是继淀粉酶和蛋白酶之后的全球第三大工业用酶制剂，昂贵的发酵生产成本是目前制约纤维素酶行业快速发展的主要瓶颈。而废纸作为可回收利用的废弃物资源之一，由于其纤维素含量高、价格低廉、来源广泛、易获取及产生量大等特点具有良好的开发应用潜力。因此，利用废纸资源进行纤维素酶的发酵生产，不仅可以有效降低纤维素酶发酵成本，而且还能实现废纸资源的高值化利用。

近日，国科大博士生导师、中科院近代物理所研究员王曙阳团队在利用废纸发酵产纤维素酶研究方面取得进展。相关成果发表于环境科学领域顶级期刊Journal of Cleaner Production。

研发的1类新药PA9159获批进入临床研究

6月2日，1类新药PA9159注册申请获得药物临床试验申请（IND）默示许可。PA9159的注册申请于3月12日由CDE受理，适应症为季节性和常年性过敏性鼻炎。

国科大博士生导师、中科院上海药物所研究员徐华强团队在糖皮质激素类药物的作用机制领域深入研究了十几年，找到具有药效高、毒副作用低的理想化合物PA9159。糖皮质激素类药物PA9159的创新点在于，利用了原子水平的蛋白结构与药物计算机模拟对接相结合的技术，找到了可以增强药物活性及降低药物副作用的原子位点，并应用到新药分子设计中，成功设计出疗效好和副作用低的创新化合物。

对光子气穿过等离子体辐射转移理论研究获进展

随着近年来X射线天文学的快速发展，研究和发展X射线和等离子体中电子的散射（即康普顿散射）理论是高能天体物理辐射转移领域重要的课题之一。上世纪五十年代，前苏联著名理论物理学家Kompaneets建立的经典的Kompaneets方程描述了低能光子气和等离子体的康普顿散射-康普顿硬化过程。然而，该方程在处理硬X射线穿过“冷”的等离子体时所发生的康普顿软化过程时“失效”。如何正确描述康普顿软化过程，六十多年来一直是一个重要的未解决的难题。

近日，国科大博士生导师、中科院近代物理所研究员陈旭荣团队与上海交通大学刘当波副教授课题组合作，深入研究了辐射光子气穿过等离子体的辐射转移过程，得到了一个能同时描述康普顿硬化和软化过程的新方程。相关成果于6月9日发表于Astronomy and Astrophysics。

揭示冻土活动层土壤氧化亚氮排放对冻融过程中水热耦合的响应规律

针对青藏高原温度和降水协同变化下冻融过程中冻土区活动层土壤N2O排放机理不清的问题。采取模拟实验，探究了冻土活动层土壤在长期昼夜冻融交替过程中N2O通量对土壤含水量和融化温度耦合结果的响应。本研究发现，长期的冻融交替相比短期更能刺激活动层土壤中有机质释有效养分释放，延长冻融过程中N2O高水平排放时间，增加干燥土壤和水分饱和两类含水量极端条件下的累积排放量。研究结果对预测气候变化过程中，暖湿化或暖干化的情形下，不同生态类型冻土区活动层土壤非生长季内氮转化和温室气体排放具有一定的科学价值。

该研究结果以Soil moisture but not warming dominates nitrous oxide emissions during freeze-thaw cycles in a Qinghai-Tibetan Plateau alpine meadow with discontinuous permafrost为题在线发表于Frontiers in Ecology and Evolution。青海师范大学陈哲副教授为第一作者，国科大研究生导师、青海省寒区恢复生态学重点实验室研究员周华坤和青海师范大学王文颖教授为通讯作者。

在高性能水溶性双光子光功能材料及仿生水凝胶微纳3D打印研究方面取得进展

国科大博士生导师、中科院理化所仿生智能界面科学中心有机纳米光子学实验室研究员郑美玲团队，近期在水溶性双光子引发剂设计及应用方面取得新进展，有效提高了双光子吸收截面和生物相容性，突破了非水溶性材料的双光子吸收特性与水溶性难以兼顾的瓶颈，设计合成了一系列高效水溶性双光子引发剂，并应用于仿生3D水凝胶结构的构筑，研究团队利用该光敏体系实现了结构保真度和力学性能良好的仿生3D水凝胶细胞支架结构的3D打印，研究了细胞在支架上的生长行为，荧光探针标记和显微成像研究证实了该类引发剂具有良好的生物相容性，这为水凝胶材料在组织工程领域中的应用提供了科学依据。

相关研究成果发表于ACS Applied Materials and Interfaces。中科院理化所高文为论文第一作者，郑美玲为通讯作者。

揭示双孢蘑菇圈调节高寒草甸植物生长的机制

中科院西北高原生物研究所青海省寒区恢复生态学重点实验室与青海师范大学、山西农业大学进行合作，利用比较代谢组学揭示双孢蘑菇圈调节青藏高原高寒草甸植物的生长。双孢蘑菇通过重新编程植物代谢来调节矮嵩草的生长，双孢蘑菇还影响植物体内糖分的积累及碳代谢途径，其中双孢蘑菇圈内植物有机酸含量大于圈外，这些有机酸的积累会增加土壤pH值，从而促进植物对营养元素的吸收。

该研究结果以Comparative metabolomics reveals that Agaricus bisporus fairy ring modulates the growth of alpine meadow plant on the Qinghai-Tibet Plateau为题在线发表于Ecological Indicators。国科大研究生导师、中科院西北高原生物研究所青海省寒区恢复生态学重点实验室研究员周华坤和青海师范大学王文颖教授为通讯作者。

在Nature Sustainability发表中国钢铁减排新进展

国科大经管学院教授汪寿阳（共同通讯作者）联合北京航空航天大学经济管理学院教授汤铃（通讯作者）、生态环境部环境工程评估中心高级工程师伯鑫（第一作者）、伦敦大学学院教授米志付（共同通讯作者）等中国、英国、美国等多家学术机构研究人员以Effect of strengthened standards on Chinese ironmaking and steelmaking emissions为题6月25日在线发表于Nature Sustainability。

研究人员基于大数据技术，系统处理与分析CEMS数据（即钢铁厂烟囱排放浓度的实时监测数据），构建2014-2018年中国钢铁厂时（每小时）-空（各设备）高精度排放大数据库。不同于传统方法采用固定不变的平均排放因子，新方法引入实时动态的异质主体数据，有效克服了参数假设较多、不确定性较高的缺点。此外，研究人员采用了统计分析、不确定性分析、独立验证等多种数理统计方法，多维度验证了研究结果。

揭示发光颜色可调的铯锰溴纳米晶体的相变过程

国科大博士生导师、中科院大连化物所复杂分子体系反应动力学研究组研究员韩克利团队通过探究铯锰溴纳米晶体的相变过程，实现了纳米晶体的可调光学特性，材料展现出高的色纯度，为光学材料的发展提供了新的研究思路。此外，该策略对于发展空气稳定的含水纳米材料提供了新的研究方法，在防伪材料领域中展现出潜在的应用前景。

相关研究成果以Phase Engineering of Cesium Manganese Bromides Nanocrystals with Color-Tunable Emission为题近日发表于Angewandte Chemie International Edition。

来源：中国科学院大学

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