近年來，中國基礎研究進步明顯，在國際頂尖學術期刊上中國科學家發(fā)表的高水平學術論文也越來越多，部分研究領域經(jīng)常會有重大突破性進展。

　　《自然》(Nature)、《科學》(Science)和《細胞》(Cell)作為目前國際上最頂尖的學術期刊，每期發(fā)表文章數(shù)量都很少，發(fā)表文章基本也代表了相關領域的頂尖研究成果。此前，青塔已經(jīng)多次報道2018年前5個月中國高校和科研院所發(fā)表的部分CNS文章。

　　進入6月份，這種勢頭依然非常強勁。今天(6月8日)，中國科學家又連發(fā)3篇Science，這種情況非常罕見。其中，南京農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)科院等合作發(fā)表1篇，中科院上海生化細胞所、武漢大學宋保亮研究組與新疆醫(yī)科大學馬依彤合作組等聯(lián)合發(fā)表1篇，中國科學院生物物理所的章新政教授與李梅教授等合作發(fā)表1篇。

　　南京農(nóng)業(yè)大學、中國農(nóng)科院等合作發(fā)表一篇Science

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　　最近，中國農(nóng)業(yè)科學院副院長、中國工程院院士萬建民領銜的科研團隊系統(tǒng)解析了水稻粳稻與秈稻雜種不育問題及遺傳特性，發(fā)現(xiàn)自私基因系統(tǒng)控制水稻雜種不育，并影響稻種基因組的分化。該研究有望解決水稻雜種不育難題。相關研究成果6月8日在線發(fā)表于《科學(Science)》期刊。

　　自私基因是指雙親雜交后，父本或母本中能控制其自身的DNA片段優(yōu)先遺傳給后代的基因。它使親本自身的遺傳信息能更多、更快地復制，并能更多地傳遞給子代，其遺傳不符合孟德爾遺傳規(guī)律。2017年《科學(Science)》曾報道了小鼠和線蟲自私基因的非孟德爾遺傳現(xiàn)象。這些研究表明在動物中自私基因驅(qū)動了基因組的進化，并影響了物種自身的穩(wěn)定性。但關于植物的相關研究尚未有任何報道。

　　雜交稻對解決我國糧食安全問題作出了巨大貢獻。但如何進一步提高雜交稻的產(chǎn)量，急需尋找新的技術途徑。研究表明，水稻秈粳亞種間雜交稻比目前的雜交稻能進一步提高單產(chǎn)15%-30%，但秈粳雜種存在半不育的問題，嚴重制約了秈粳雜交稻產(chǎn)量的提高。萬建民院士團隊在解決這一難題上取得了突破性進展。

　　研究發(fā)現(xiàn)，水稻雜種不育性受水稻自私基因位點qHMS7的控制，并發(fā)現(xiàn)水稻包含三個緊密連鎖的基因ORF1、ORF2和ORF3，其中ORF1基因編碼一個未知功能的蛋白;ORF2基因編碼一個殺配子的毒性蛋白，以母體效應導致花粉死亡;而ORF3基因編碼一個解毒蛋白，以配子體效應保護配子，使攜帶ORF3基因的花粉可育。在“祖先野生稻-普通野生稻-亞洲栽培稻”的演化過程中，ORF1一直被保留，ORF2從沒有毒性功能逐步演變成有毒性功能的類型，ORF3是在普通野生稻中由ORF1基因復制產(chǎn)生，并獲得解毒功能，在隨后的稻種馴化過程中被選擇傳遞到亞洲栽培稻品種。研究表明，粳稻品種同時攜帶毒性的ORF2和解毒的ORF3，而南方野生稻只含有無毒性的ORF2，在其雜種F1中，攜帶南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保護而死亡，攜帶粳稻品種基因型的花粉因有ORF3保護而存活，最終導致后代中沒有純合的南方野生稻基因型個體存在，群體分離不符合經(jīng)典的孟德爾遺傳模式。

　　該研究闡明了自私基因在維持植物基因組的穩(wěn)定性和促進新物種的形成中的分子機制，探討了毒性-解毒分子機制在水稻雜種不育上的普遍性，為揭示水稻秈粳亞種間雜種雌配子選擇性致死的本質(zhì)提供了理論借鑒。

　　該研究由中國農(nóng)科院與南京農(nóng)業(yè)大學合作完成，并得到中國農(nóng)科院科技創(chuàng)新工程的大力支持。

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　　中科院上海生化細胞所、武漢大學等聯(lián)合發(fā)表一篇Science

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　　論文題目為A LIMA1 variant promotes low plasma LDL-cholesterol and decreases intestinal cholesterol absorption(《LIMA1基因變異減少小腸膽固醇吸收并降低血漿低密度脂蛋白膽固醇水平》)(doi: 10.1126)。武漢大學宋保亮教授和新疆醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院馬依彤教授為共同通訊作者，中國科學院上海生化細胞所張瑩鈺博士、新疆醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院付真彥博士、武漢大學生命科學學院魏健博士為共同第一作者。

　　血漿中“低密度脂蛋白膽固醇(LDL-C)”濃度升高是導致心腦血管疾病的主要風險。LDL-C水平受遺傳和飲食雙重控制，了解人體LDL-C水平的遺傳調(diào)控機制是疾病診治和醫(yī)藥研發(fā)的先決條件，而目前只有少數(shù)影響LDL-C的基因被鑒定出來。不同種族之間LDL-C的含量及冠心病的發(fā)病率有很大差異。

　　為揭示新的膽固醇調(diào)控基因，宋保亮課題組與馬依彤團隊合作，在針對新疆人群心腦血管疾病的風險調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)了一個家族性低LDL-C的哈薩克族人家系，通過全基因組外顯子測序和基因關聯(lián)性分析，發(fā)現(xiàn)LIMA1基因罕見移碼突變(K306fs)與低LDL-C顯著相關。深入研究發(fā)現(xiàn)，LIMA1特異性表達在小腸上，通過與NPC1L1蛋白(該通路也由宋保亮團隊前期工作系統(tǒng)揭示)互作將后者錨定到肌球蛋白Myosin Vb上，從而調(diào)控小腸膽固醇的吸收。

　　這項研究為降膽固醇提供了新的藥物研發(fā)靶點。該研究還有助于理解為什么哈薩克族人雖然消耗較多牛羊肉，但心腦血管疾病患病率低于漢族人群。

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　　中科院生物物理所揭示玉米光系統(tǒng)I的結構與捕光復合物I和II超復合

　　在氧合光合作用期間，光系統(tǒng)II(PSII)和I(PSI)串聯(lián)操作并緊密耦合以允許有效的光驅(qū)動電子傳輸。兩種光系統(tǒng)都是含有核心復合物和外圍天線系統(tǒng)的多亞基超分子復合物。在光合作用的工廠中，外圍天線由集光組件(LHCs)組成。形成PSI-LHCI復合物的LHCIs(含有Lhca載脂蛋白)與PSI核心相關，而LHCII(含有Lhcb載脂蛋白)大部分與PSII核心相連，構成PSII-LHCII復合物。 PSI或PSII的天線系統(tǒng)具有不同的成分組成，因此具有不同的光吸收性質(zhì)。紅色和遠紅光分別優(yōu)先刺激PSII和PSI，并且波動的照射可能導致兩個光系統(tǒng)的不均勻激發(fā)。

　　平衡捕光對高效光合作用至關重要;因此，植物已經(jīng)在自然環(huán)境中不斷變化的光照條件下發(fā)展了短期和長期的適應。狀態(tài)轉(zhuǎn)換是在幾分鐘的時間尺度上發(fā)生的短時間響應，并且在光質(zhì)改變時允許兩個光系統(tǒng)之間的能量均衡分布。在狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間，三聚LHCII(由Lhcb1-3的不同組合組成)可逆地被磷酸化和去磷酸化，該過程由質(zhì)體醌(PQ)的氧化還原狀態(tài)控制并受葉綠體激酶(STN7)和磷酸酶(PPH1)稱為TAP38)在植物中。在狀態(tài)1中，LHCII主要與PSII相關并將激發(fā)能量轉(zhuǎn)移到PSII核心。在有利于PSII激發(fā)的光照條件下，PSII的過度激活導致PQ庫的減少，STN7激酶的激活以及隨后LHCII的N末端區(qū)域的磷酸化。一部分磷酸化的LHCII(移動LHCII)在類囊體膜內(nèi)從PSII橫向移動到PSI，形成PSI-LHCI-LHCII超復合物并導致從狀態(tài)1切換到狀態(tài)2.移動LHCII作為PSI除了LHCI之外，還增加了向PSI核心轉(zhuǎn)移的能量。在自然光條件下，狀態(tài)轉(zhuǎn)換對于優(yōu)化植物生長和適應性是必需的。

　　在16-分辨率下的PSI-LHCI-LHCII超復合物的結構揭示了與LHCI相反側上的PSI核心相關的單一LHCII三聚體，然而蛋白質(zhì) - 蛋白質(zhì)和LHCII和PSI之間的色素 - 色素相互作用尚不清楚。盡管以前已經(jīng)解決了植物LHCII的晶體結構，但是在這些結構中沒有觀察到含有磷酸化位點的LHCII的N-末端尾部。關于磷酸化LHCII如何增強其與PSI的相互作用，這仍然是一個未解決的問題。植物PSI-LHCI包括由14個亞基(PsaA至L，PsaN和PsaO)組成的核心復合物和包含4個組成兩個異二聚體(Lhca1-Lhca4和Lhca2-Lhca3)的四個LHCI蛋白的外圍天線系統(tǒng)。最近的豌豆PSI-LHCI晶體結構揭示了16個亞基的結構和位置，但在這些結構中未觀察到兩個植物特異性亞基PsaN和PsaO。完整的PSI-LHCI結構應該能夠更好地理解PSI-LHCI復合物內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移。

　　在這項研究中，來自中國科學院生物物理所的章新政教授與李梅教授團隊利用冷凍電鏡解析的玉米PSI-LHCI-LHCII的結構，揭示了LHCII和PSI之間的識別位點。 PSI子單元PsaN和PsaO分別在PSI-LHCI界面和PSI-LHCII界面處觀察到。 每個亞基通過一對葉綠素分子將激發(fā)傳遞給PSI核心，從而揭示天線與PSI核心之間能量轉(zhuǎn)移的前所未見的路徑。這些發(fā)現(xiàn)闡明了全新的能量傳遞路徑，讓我們能更好地了解光合作用這一重要的生化反應。

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　　(來源：南京農(nóng)業(yè)大學新聞網(wǎng)、武漢大學新聞網(wǎng)、iNature微信公眾號等)