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来源： 发布时间：2016-11-18
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基于五个原子量子比特的量子计算机
Nature封面：离子阱，展示了组成射频Paul阱电极的四个刀片；Paul阱囚禁了可光寻址的线性离子链。Nature杂志第7614期封面文章报道了可编程的小型量子计算机。在一些领域中，人们正翘首期盼功能性量子计算机的诞生。例如，在模拟化学反应或大数因数分解等问题中，量子计算机的表现将超越任何经典计算机。虽然人们已在小型量子计算机上运行过一些算法，但迄今为止，人们还未能设计出无需改变硬件而可以轻松重构、编译不同算法的可编程量子计算机。在本期《自然》杂志中，Shantanu Debnath等展示了一个可编程的小型量子计算机，用五个囚禁原子离子充当量子比特。原则上，这种结构可扩展至更多量子比特。
皮层多模态分区
Nature封面：人大脑连接组项目中人类大脑左半球膨胀表面的多模态皮层分区（1.0版）。Nature杂志第7615期封面文章报道皮层最新研究进展。神经学家一直试图将人类大脑皮层划分为不同的解剖学分区和功能分区，这类脑图一般都是“模糊不清”的。David Van Essen等整合了从210名健康受试者身上收集到的多模态成像数据，绘制出了更为普适的全新大脑皮层分区图，并且在另外239名受试者身上进行了了验证。作者将每个大脑半球分为了180个分区（其中97个是此前未知的），并运用机器学习分类器在新受试者、甚至分区不典型的个体身上自动识别这些分区。这项可免费获取的资源将在众多领域提高人类大脑结构与功能研究的精确度与普适性。
六万人外显子组测序
Nature封面：总共60,706人的蛋白编码的遗传变化分析。Nature杂志第7616期封面文章报道了人类外显子组测序的最新进展。参与人类外显子组整合数据库(ExAC)项目的Daniel MacArthur及同事生成并分析了来自60,706位被试者的高质量外显子组测序数据，这些被试者来自于不同的地理人口系谱。这一研究是迄今为止对人类蛋白编码遗传变异最为全面的记录，对于低频蛋白编码变体的分析，其分辨率也是前所未有的。这一记录可公开获取，是一笔珍贵的基因组公开资源和参照数据，将有助于对遗传变异体和疾病致病性进行分类。
比邻之星
Nature封面：比邻星（Proxima Centauri）及其行星比邻星b的艺术再现，图中最亮的两颗恒星分别是半人马座阿尔法星A和B。Nature杂志第7617期封面文章报道了新的围绕附近恒星运转、温暖的类地行星。研究人员分析了此前用欧洲南方天文台（ESO）设备收集的多普勒数据，发现有一颗最小只有1.3倍地球质量的小行星围绕比邻星（距太阳最近的恒星）运行。该行星被称作比邻星b，接近比邻星轨道，公转周期约为11.2天。比邻星b的平衡温度可使水在其表面保持液态，但目前其表面是否存在水、水的成分为何尚不清楚；比邻星b的X射线通量高于地球，因此随着时间推移，可能会形成与地球大气截然不同的大气层。
地球上寿命最长的脊椎动物
Science封面：格陵兰鲨(Greenland Shark)。Science杂志第6300期封面文章报道称，格陵兰鲨(Greenland Shark)是体型最大的鲨鱼之一，以丑陋的外表和缓慢的动作著称。它们游弋在北极及北大西洋海域的海底，阿根廷与南极也发现过这种鲨鱼。这种凶猛的怪兽实际上是地球上寿命最长的脊椎动物。格陵兰鲨的寿命至少有四百年，在一百五十岁左右达到性成熟。Julius Nielsen等将放射性碳年代测定技术用于格陵兰鲨眼睛的晶状体后，发现格陵兰鲨的平均寿命至少有272岁。研究中体型最大的两头格陵兰鲨分别有493cm和502cm长，年龄大约为335岁和392岁。有研究提出雌性格陵兰鲨达到性成熟时长度会超过400cm，那时它们的年龄至少应该为156岁。
免疫细胞和大脑
Science封面：免疫细胞和大脑。Science杂志第6301期封面文章报道了免疫细胞和大脑相关的专刊文章。当前，许多科学家认为免疫细胞和中枢神经系统（central nervous system，CNS）属于致命的组合，一个经典的例子就是多发性硬化，是以中枢神经系统白质炎性脱髓鞘病变为主要特点的自身免疫病，自身T淋巴细胞影响大脑功能。然而，更多的研究证实免疫细胞和中枢神经系统之间的交流和通讯。免疫系统在许多神经疾病当中扮演关键的角色，但是免疫-中枢神经系统的相互作用缺不是那么糟糕。相反，他们之间的相互作用往往起到非常重要的作用。免疫-中枢神经系统的相互作用也许对带来治疗神经系统疾病的成功范例。
地震波有助了解地球内部结构
Science封面：“气象炸弹”，由远震激发的S波微震。Science杂志第6302期封面文章报道地球也能“照X光”地震波有助了解地球内部结构。利用日本的一个地震台阵（seismic array）观测到了由北大西洋远端一个强烈风暴所激发出的微震。对震波的进一步研究能够揭示地球内许多未知的“黑色地带”。通过对地震震源位置和震波进行物理分析可以更深入地了解地球内部结构。通过“气象炸弹”风暴激发产生的P波或S波记录，可以构建高分辨率的地球内部结构图像，还可以精确地计算出上下地幔之间边界层的深度。这项研究工作可能最终有助于揭示重要的边界层的起伏情况，并可能影响到我们对于地幔对流和构造板块运动的理解。
黎明号飞船抵达谷神星
Science封面：谷神星(Ceres)。Science杂志第6303期封面文报道了对谷神星的新探索，它是一颗矮行星，也是在(位于火星和木星之间)小行星带中最大的星体。这些来自黎明号飞船(它已经环绕谷神星做轨道运行)的结果揭示，在谷神星上有火山口、裂缝、冰火山及其它地质过程的标记。这些文章共同让人们对谷神星有了长足的了解，这是一个岩石和冰的世界。研究人员用装载于黎明号的可见与红外绘图光谱仪确定，这些遍布于谷神星的层状硅酸盐组成相当一致，但其丰度则各不相同。由于这些矿物需要有水才能形成，因此作者提出，普遍和广泛的水蚀变过程在该矮行星历史的某个时候对它造成了影响。
临床疾病
新型B细胞肿瘤抑制剂
中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心研究员刘青松课题组、刘静课题组研发出新型针对B细胞肿瘤的高选择性高活性酯质激酶PI3Kδ和Vps34双重抑制剂——PI3Kδ/V-IN-01，相关结果发表在《癌症靶点》杂志上。数据显示中国2015年95%以上的慢性淋巴细胞白血病为B细胞的克隆性增殖，仅不到5%的病例为T细胞表型。PI3Kδ的过量表达与Ｂ细胞恶性肿瘤有密切联系，PI3Kδ参与调节Ｂ淋巴细胞的免疫微环境，对这类肿瘤细胞的活化、增殖、生存和迁移起着关键作用。研究发现了同时靶向激酶PI3Kδ和Vps34的双重抑制剂PI3Kδ/V-IN-01，它能够更强烈抑制肿瘤细胞增殖，尤其是对FLT3-ITD阳性的急性髓细胞性白血病抑制效果明显。在小鼠模型中，这种抑制剂50mg/kg/d的剂量即表现出明显的抑制活性。
Gpr45突变降低下丘脑POMC表达并导致肥胖
复旦大学吴晓晖教授与许田教授合作，利用piggyBac转座子插入突变小鼠资源，发现了G蛋白偶联受体Gpr45在肥胖发生发展中的重要作用，阐明了Gpr45调控阿黑皮素原(POMC)表达及机体能量代谢的分子机制，研究论文发表于《临床研究》。肥胖会增加罹患糖尿病、心血管异常和肿瘤等疾病的风险。发现神经系统特异表达的Gpr45基因失活导致小鼠代谢减缓，离乳后开始肥胖，进而出现脂肪肝、胰岛素抵抗、血糖增高等代谢异常。Gpr45在下丘脑通过JAK/STAT信号通路调控能量代谢信号分子POMC的表达，Gpr45突变导致POMC表达量和POMC神经元活性降低，脑室注射POMC产物类似物MTII则可抑制Gpr45突变小鼠的肥胖。G蛋白偶联受体是种类众多的膜蛋白受体家族成员之一和重要的候选药物靶标。
脑出血后TLR4/MyD88介导铁调素表达引起脑铁沉积、氧化损伤和认知障碍
第三军医大学杨清武教授课题组在脑出血后脑铁代谢机制研究领域取得进展，相关成果发表于《循环杂志》。脑出血后红细胞中的血红蛋白在短时间内降解产生大量的铁，大量铁不仅通过氧化损伤或直接神经毒性等机制加重神经损伤，同时还引起远期的认知功能障碍。因此，降低脑铁沉积成为脑出血治疗的策略。证实了上调的星形胶质细胞及血清中的铁调素可显著阻碍脑出血后沉积脑铁的清除，加重小鼠神经损伤及远期的认知功能障碍。进一步研究发现，TLR4/MyD88介导的炎症信号显著上调了铁调素的表达，脑铁沉积明显增加，从而加重神经损伤及远期认知功能障碍，而应用TLR4特异抑制剂能显著下调星形胶质细胞铁调素表达，促进沉积的脑铁排出外周，明显减轻脑出血后神经损伤及远期认知功能障碍。
miR-21通过增强线粒体基因翻译降低血压
华中科技大学同济医学院附属同济医院汪道文研究组发现miR-21通过上调线粒体基因的翻译可以降低自发性高血压大鼠升高的血压并缓解心肌肥厚，相关成果发表于《循环杂志》。氧化应激在高血压及其靶器官损伤的发生发展中起着重要作用，而线粒体呼吸链是活性氧产生的主要部位。研究发现，自发性高血压大鼠心脏组织中线粒体基因编码的蛋白细胞色素b(Cytb)水平明显下降，并且活性氧含量明显增加。研究首先在细胞水平上证实Cytb降低是活性氧增加的直接原因。其次，研究发现Cytb可能是miR-21的作用靶点，miR-21可直接通过增强Cytb的翻译，降低由Cytb减少引起的活性氧增加。进一步的体内动物实验发现，自发性高血压大鼠体内高表达miR-21能降低血压并减轻心肌肥厚。
胰岛素调控肝脏生物钟的分子机制
中科院上海生科院营养科学研究所刘浥研究组，揭示了胰岛素通过调节生物钟核心转录因子Bmal1影响肝脏生物钟发生的分子机制，相关研究成果发表于《自然-通讯》。在进食状态下，由胰腺分泌的胰岛素能通过肝细胞表面的胰岛素受体，将信号传递至细胞内，激活PI3K-AKT2信号通路，激活的AKT2能够磷酸化Bmal1-Ser42，最终Bmal1被稳定在细胞质中，从而抑制Bmal1/Clock下游基因的表达。通过食物牵引试验改变小鼠正常的饮食节律发现，一方面胰岛素分泌的节律会随之改变，导致Bmal1在细胞核内的聚集模式发生变化，Dbp、Rev-erb α等下游节律基因的表达相位被逆转，表明肝脏生物钟的节律被重置；另一方面，小鼠通过增加饮食储存食物，导致胰岛素分泌剧增，致使胰岛β-细胞遭受巨大压力，这可能是造成胰岛β-细胞在饮食牵引状态下功能丧失的原因之一。
冠心病代谢组学特征谱系统研究
中国药科大学天然药物活性组分与药效国家重点实验齐炼文课题组、李萍课题组、南京医科大学朱伟课题组、江苏大学附属武进医院李勇课题组等合作，揭示冠心病早期诊断和临床分型的血液代谢标志物，研究论文发表于《美国心脏病学会杂志》。冠心病在我国的发病率和死亡率呈迅速上升趋势，预计到2020年，中国每年因心血管疾病死亡的人数将达到400万。早期干预是降低冠心病事件发生的重要策略，而早期干预取决于早期诊断，代谢物组研究可为冠心病早期诊断提供有力手段。研究绘制了冠心病及其不同临床阶段（冠脉硬化症、稳定型心绞痛、不稳定型心绞痛、心肌梗死）的血浆代谢组学特征谱。从近2000个代谢物中发现、鉴定了与冠心病发生发展表型特征密切相关的差异代谢物89个。
人脑局部功能一致性研究
中科院心理研究所行为科学重点实验室左西年研究员和姜黎黎副研究员在《神经科学家》发表文章，系统回顾并展望了人脑局部功能一致性的相关研究。人脑结构功能组织原理及进化和发育模式，遵循基本的“由近及远”和“局部到全局”的距离规律。该文章以人脑是一个复杂物理系统的工作模型为切入点，从计算神经科学角度，阐述了当前基于无损神经影像技术的人脑连接组学所面临的各项困难与挑战，指出：局部功能一致性作为刻画人脑连接组的多模态、多尺度神经影像标记物，具备非常高的重测信度与可重复性，可以刻画人脑功能信息处理的复杂程度和人脑内在的功能等级分布，结合以往局部功能一致性应用研究提出了“人类连接组关联研究（HCAS）”框架，阐述了局部功能一致性算法对于人脑连接组学的意义。
碘引起疼痛及过敏研究
中科院昆明动物研究所离子通道药物研发中心杨建研究组研究发现，TRPA1离子通道介导碘引起疼痛及过敏副作用，相关成果发表于《EMBO报告》。研究通过建立疼痛和过敏性皮炎动物模型，使用氨基酸位点突变、电生理、组织切片、原代神经元培养、活细胞钙荧光成像以及药理学抑制和基因敲除等试验技术手段，阐明了碘抗菌剂所引起的疼痛及过敏性皮炎等副作用主要是通过激活离子通道TRPA1所引起，同时离子通道TRPV1也参与其中小部分作用。TRPA1和TRPV1是结构上相关联的非选择性钙离子通透的阳离子通道，都属于TRP离子通道家族。该研究推进了对碘杀菌剂副作用的认识，同时对于研发新型碘杀菌剂，降低其副作用具有重要指导意义。
能源
可同时采集光能和机械能的复合能源衣
中国科学院纳米能源与系统研究所、美国佐治亚理工学院王中林教授课题组与重庆大学范兴副教授课题组合作，成功将新型高分子纤维基太阳能电池与纤维摩擦纳米发电机共同编织，形成了一种单层、轻质、透气、廉价的新型全固态智能可穿戴织物，研究成果发表于《自然-能源》。该织物不仅可以采集太阳光能，还可以同时将人体运动导致的织物内部纤维机械摩擦转化成电能，从而驱动随身电子设备不间断地工作。实验结果表明，一个长5厘米，宽4厘米的单层织物在户外阳光以及机械运动的共同驱动下，不仅可以给电子表，手机等设备提供持续电能，还可以驱动电解水等电化学反应。由于该能源织物具有轻薄，柔软，可穿戴，可折叠，透气性好等优良性质，它将会用在穿戴电子、人体健康、能源，军事等领域。
高温太阳能热化学循环制备燃料气
中科院工程热物理研究所分布式供能与可再生能源实验室发现了一种通过利用化石燃料(例如甲烷)吸热反应来回收等温法热化学循环反应器下游废热和未反应气体(例如水或者二氧化碳)的方法，并提出了基于甲烷重整的太阳能热化学多联产系统，成果发表于《应用热工程》。等温法氧化反应后的混合气体温度能够降低至600-850摄氏度，且混合气体的热值能够提高。在等温热化学反应器下游整合化石燃料能够进一步提高合成气的产量和利用太阳能。在此基础上，科研人员提出了基于甲烷重整的甲醇动力多联产系统，生产单位质量的甲醇需要的化石燃料消耗大约为22GJ/ton，比目前典型的工业生产过程的能耗低，最佳太阳能到甲醇的转换效率可高达44%以上。
金属/碳化硅光催化有机合成
中科院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室郭向云研究团队与美国伊利诺伊大学香槟分校杨宏教授合作，采用能够响应可见光的立方型高比表面积碳化硅（SiC）为载体，利用金（Au）纳米颗粒的表面等离子体共振效应，设计出新型Au/SiC光催化体系，在室温常压和可见光照的条件下，成功实现ɑ,β-不饱和醛选择性加氢生成ɑ,β-不饱和醇，相关工作发表于《美国化学会志》。ɑ,β-不饱和醇是药物、香料及其它精细化工产品生产中的重要原料和反应中间体，在有机合成中有着广泛的应用。光催化能够有效利用太阳能，在温和条件下加快反应进程，并且能够定向合成目标产物，提高目标产物的收率，因此在有机合成中受到了广泛关注。
微藻高效电解气浮采收新技术
中科院青岛能源所微藻生物技术团队开发了一种基于石墨双电极的电解气浮微藻采收技术，相关结果发表于《藻类研究》。利用光合自养进行微藻大规模生产时，微藻培养液中细胞浓度一般不超2g/L，因此如何从巨大量的培养液中高效经济的采收微藻细胞一直是影响微藻能源与资源化利用的关键技术之一。传统的絮凝、沉降、离心、过滤等技术或因效率低、能耗高、连续操作困难等问题而不能适用于微藻的大规模采收。研究利用安装在气浮器底部的特殊设计的梳状双层石墨双电极在直流电（不高于5伏特）作用下高效电解水产生大量微气泡来代替传统的溶气水。结果表明，每采收1公斤微藻（干重），电解气浮能耗只需要0.03kWh，只有传统溶气气浮能耗的1/5，离心能耗的1/30，降低了微藻采收成本。
烷烃碳氢键不对称官能化
中科院上海有机化学研究所刘国生团队通过发展金属催化的自由基接力新策略，成功实现了铜催化苄位碳氢键的不对称氰化反应，以最短的路线合成了手性腈类化合物，该成果发表于《科学》。研究人员提出将反应中的碳自由基中间体转化为金属有机物种来实现选择性控制的策略，以此来解决烷烃的C-H键不对称直接官能化的难点问题。他们通过发展金属催化/自由基接力的新策略，利用原位形成的高活性的自由基来攫取苄位的氢，在温和条件下生成的苄位自由基，再与手性噁唑啉/铜氰络合物高立体选择性地结合形成高活性的有机金属铜中间体，继而实现了碳自由基的不对称控制，成功地发展了苄位碳氢键的不对称氰化反应，无需邻位定位基团的参与就可以实现从苄位碳氢键到手性芳基乙腈的直接高效转化。
催化合成氨研究进展
中科院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室（筹）陈萍研究员、郭建平博士提出了“双活性中心”催化剂设计策略，并由此开发出了一系列过渡金属与氢化锂组成的复合催化剂体系，实现了氨的低温催化合成，相关研究成果于近期发表在《自然-化学》期刊上。研究将氢化锂作为第二组分引入到催化剂中，构筑了“过渡金属—氢化锂”这一双活性中心复合催化剂体系，并提出了“活化氮转移”的反应机理，使得氮气和氢气的活化及中间物种的吸附发生在不同的活性中心上，从而打破了单一过渡金属上的反应能垒与吸附能之间的限制关系，使得氨的低温低压合成成为可能。
聚乙烯废塑料温和可控降解
中科院上海有机所黄正课题组和加州大学尔湾分校管治斌课题组合作，在聚乙烯废塑料降解研究取得突破，相关成果发表于《科学进展》。利用交叉烷烃复分解催化策略，使用价廉量大的低碳烷烃作为反应试剂和溶剂（此类低碳烷烃在石油炼制中大量生成，不能作为燃油或天然气，使用价值非常有限），与聚乙烯发生重组反应，有效降低聚乙烯的分子量和长度。在反应体系中低碳烷烃过量存在，所以可多次参与聚乙烯的重组反应，直至把分子量上万、甚至上百万的聚乙烯降解为清洁柴油。该催化体系为解决“白色垃圾”环境污染提供了一种可能的途径；另一方面“变废为宝”，促进碳资源循环利用。
磁约束聚变高性能等离子体稳定性控制
中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所先进实验超导托卡马克（EAST）团队研究员孙有文等人对在EAST托卡马克上利用外加共振磁扰动抑制边界局域模的物理过程进行了深入研究，相关研究成果发表于《物理评论快报》。研究利用EAST上最新安装的共振磁扰动线圈，实现了类ITER射频波主导加热、低动量注入条件下的共振磁扰动对边界局域模的完全抑制，同时在实验上观察到了共振磁扰动对边界局域模从缓解到抑制的非线性转化过程，揭示了等离子体对外加磁扰动的非线性响应，以及边界磁场拓扑结构的改变对于实现抑制边界局域模起到了关键的作用。该项研究将有助于推动控制手段的物理机理的研究，同时可将这一控制手段推广到聚变堆的应用。
农作物
水稻杂种优势遗传机制
中科院上海生科院植物生理生态研究所国家基因研究中心韩斌院士研究组、黄学辉研究组联合中国水稻研究所杨仕华研究组在水稻杂种优势研究中获突破，相关研究成果发表于《自然》。研究人员通过对1495份杂交稻品种材料的收集以及对17套代表性遗传群体进行基因组分析和田间产量性状考察，综合利用基因组学、数量遗传学及计算生物学领域的最新技术手段，全面、系统地鉴定出了控制水稻杂种优势的主要基因位点。研究表明，水稻中杂种优势的表现正是由这些基因位点所决定。在杂交配组中，这些基因位点产生了全新的基因型组合，在杂交一代中高效地实现了对水稻花期、株型、产量各要素的理想搭配。这项研究成果阐明了水稻杂种优势的遗传机制，对推动杂交稻和常规稻的精准分子设计育种实践有重大意义。
水稻精细调控干旱应答新机制
华中农业大学教授熊立仲课题组揭示了水稻精细调控干旱应答的新机制，对阐明植物抗旱分子机理和促进植物抗旱遗传改良具有重要意义，该成果发表于《植物细胞》。脱落酸（ABA）作为一种逆境响应激素，在植物与逆境抗争中起到了举足轻重的作用。两个同源的转录调控因子（OsbZIP23和OsbZIP46）在促进ABA信号传导和抗旱性方面的重要功能。进一步研究揭示水稻干旱应答的一个精巧的调控模式：在遭遇干旱胁迫时，水稻大量诱导并激活正调控因子OsbZIP46，促进干旱应答；在干旱胁迫末期以及恢复期，负调控因子MODD的表达量增加并双重抑制OsbZIP46的活性和稳定性，从而减弱或消除干旱应答并将其控制在合理程度，以实现干旱应答与其他生理进程的平衡。
玉米品质和产量调控
中科院上海生科院植物生理生态研究所巫永睿研究组与美国罗格斯大学Joachim Messing教授研究组合作，研究发现玉米胚乳特异转录因子O2和PBF同时调控储存蛋白和淀粉合成基因表达，为培育高产优质玉米提供了新思路，研究成果发表于《美国科学院院报》。实验发现O2粒重下降的原因是淀粉合成受到影响。在双突变PbfRNAi; O2中，粒重和淀粉合成下降更为显著。在单突变和双突变中主要是糖和蛋白代谢途径的基因表达受到显著影响。通过转录激活，EMSA和免疫共沉淀等实验证明了淀粉合成复合体中两个关键基因PPDKs和淀粉合成酶III（SSIII）直接受到O2和PBF调控，SSIIa和SBE1间接受到O2和PBF调控。
植物叶绿体基因组全转录行为
中科院昆明植物所高立志团队通过对3种高等植物（水稻、玉米和拟南芥）及两种藻类（衣藻、灰藻）的叶绿体转录组数据进行分析，发现整个叶绿体基因组都能发生转录，相关成果日前发表于《科学报告》。这些转录本经内切酶和外切酶的作用，剪切掉不行使功能的序列，最终形成具有确切功能的转录本。叶绿体基因组的这种转录起始位点和终止位点随机组合的转录模式，产生了若干相互重叠、长短各异的初始转录本，从而形成了研究所观察到的叶绿体基因组全转录现象。研究人员用同样的方法对蓝藻基因组进行了分析。结果表明，蓝藻基因组也能全部转录。这说明光合真核生物叶绿体基因组全转录模式在植物进化的早期就已存在，并且可追溯到蓝细菌。
全球首张高清榨菜基因组图谱
浙江大学农业与生物技术学院园艺系教授张明方团队通过高通量测序技术，绘制了世界上第一张榨菜全基因组图谱，并从基因组选择与进化层面解答了榨菜“家乡味”的成因，这一进展将对芥菜类蔬菜作物的改良产生重要意义，相关成果发表于《自然-遗传》。菜用芥菜是我国重要的加工蔬菜，榨菜和雪里蕻、大头菜等都属于不同的变种，它们在浙江、四川、重庆等南方许多省市广泛栽培。那么榨菜、梅干菜的“家乡味”是受到什么基因影响呢？通过全基因组分析，研究组找到了两组同源基因序列，其中一组与硫代葡糖糖苷代谢有关，它们发生了差异化进化，这就是为什么我们有的榨菜闻起来香，有的香味不明显。另外一组则与油脂代谢有关，决定着油用芥菜的产油量和油脂的组分。
水稻中建立基因定点替换及定点插入体系
中科院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组和李家洋研究组合作利用在修复途径中占主导地位的非同源末端连接（NHEJ）修复方式在水稻中建立了基于CRISPR/Cas9技术的基因替换以及基因定点插入体系，研究成果发表于《自然-植物》。CRISPR/Cas9技术在生命科学领域掀起了一场全新的技术革命，该技术已经广泛应用于包括农作物在内的各种生物体的基因组编辑。科学工作者利用该技术，创造了大量的植物内源基因功能缺失的突变体，开展植物的功能基因组学研究和应用研究。该研究利用修复途径中占主导地位的NHEJ修复方式，在植物中建立的基因定点替换及定点插入策略，为植物基因功能的解析和农作物分子设计育种提供了全新的技术路线。
植物源挥发性有机化合物应对环境复合胁迫
中科院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室冯兆忠研究组在环境复合胁迫(臭氧与干旱)对植物源挥发性有机化合物（BVOCs）影响方面取得进展，该成果发表于《植物、细胞与环境》。在全球环境变化的大背景下，如何准确预测区域及全球尺度植物释放VOCs总量及其对大气污染的贡献已成为学者亟待解决的重要问题。该研究揭示了植物VOCs释放需要考虑多重因素的复合影响，并提出评价BVOC释放需要考虑研究尺度。此结果为进一步评估全球环境变化对植物VOCs释放量的影响及优化全球尺度BVOCs释放量模型提供了科学依据。
磨芋新种——补蚌磨芋
中科院西双版纳热带植物园标本馆科技人员殷建涛发表天南星科磨芋属新种——补蚌磨芋（Amorphophallus bubenensis），研究成果发表于《Phytotaxa》。磨芋属植物全世界有约200种，中国现有17种，其中8种为特有种。磨芋属植物具有重要的食用及药用价值。由于磨芋花叶不同时，科技人员通过多年的引种栽培及野外观察才获得了完整的花和叶的标本，以确保新种描述的准确性。补蚌磨芋与东京磨芋相似，但后者的柱头有一个圆形或三角形的轮廓，通常是两或三裂，另外，后者具有光滑的块茎可以加以区别。
环境
细颗粒物污染影响
清华大学环境学院王书肖课题组与美国环保署合作在《环境与健康展望》（Environmental Health Perspectives）和《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）期刊上分别在线发表题为《北半球1990-2010年间颗粒物引起的早逝人数变化趋势》和《减少颗粒物冷却效应带来的意外收益》的研究论文。该研究揭示了1990-2010年间细颗粒物(PM 2.5)污染引起的北半球早逝人数变化趋势与排放归因，并发现PM 2.5除了直接导致空气质量恶化外，还会通过大气动力学过程，加剧不利扩散条件，进一步造成污染物浓度的提高和早逝人数的增加。颗粒物辐射效应会改变大气动力学过程，进而导致空气质量的进一步恶化和更大的健康损失。
规模化养猪场粪污排放对水体和食品安全的潜在风险
中科院广州地球化学研究所应光国课题组开展了耐药基因从养猪场到周边环境及农田蔬菜的传播和扩散研究，相关成果发表于《国际环境》。该研究不仅观察到耐药基因从污染源（养猪场）到受纳环境（蔬菜地和纳污河流）的扩散，也发现耐药基因进入环境后呈现出的多样化。在施用粪污的农田蔬菜中均发现了抗生素残留和耐药基因。这些蔬菜如果仅用家常清理办法处理，仍然不能将耐药基因的相对丰度降低到自然状态下的背景值（如对照蔬菜）。因此，通过食用此类蔬菜及饮用地表水源等途径而使人类暴露于抗生素耐药基因或抗生素的潜在风险。健康风险评估时应考虑通过食用蔬菜或饮用水等途径形成的耐药基因及抗生素的暴露风险。
高寒湿地温室气体排放研究
中科院西北高原生物研究所贺金生课题组报道了高寒湿地温室气体的排放对水位降低和氮沉降的响应，并探讨了温室气体排放变化背后的微生物学机制，相关成果发表于《全球变化生物学》。青藏高原高寒湿地是三江之源，亚洲的水塔。近年来高原经历的快速气候变化和日益增多的人为活动，导致了湿地水位的下降和氮沉降的增加，而这些变化可能极大地影响高寒湿地温室气体的排放。以前的相关研究多集中在高寒湿地温室气体排放的时空异质性，或局限于单种温室气体对环境变化（水位降低或氮沉降）的响应分析上。该研究首次探讨了全球变化对高寒湿地三种温室气体综合温暖效应的影响。
刈割对洞庭湖湿地植物芽库的影响
中科院亚热带农业生态研究所洞庭湖湿地生态研究团队以洞庭湖优势湿地植物短尖苔草为研究对象，揭示刈割对洞庭湖湿地植物芽库的影响，相关论文发表于《植物科学前沿》。在多年生草本植物占优势的生态系统，如草地和沼泽湿地，刈割或牧食造成的去叶是一种常见的干扰。在这些生态系统中，通过地下芽库种群中芽的萌发产生分蘖是植物对刈割响应的重要机制之一。结果表明芽库是一种保守的繁殖策略，使短尖苔草能够忍耐一定程度的刈割。在连续刈割后保持一个大的芽库能够使短尖苔草种群在干扰生境中再生和持续。但是从长期看，由于根茎和植株储存的碳量下降，短尖苔草的芽库密度可能会下降。
国际贸易对全球气溶胶气候强迫的影响
北京大学林金泰与清华大学和加拿大麦吉尔大学的合作者揭示了国际贸易相关的经济活动产生的气溶胶污染对区域和全球气候强迫的影响，相关成果发表于《自然-地球科学》。研究揭示了全球多边经济贸易活动与大气输送过程的耦合导致的全球化气溶胶污染对大气层顶直接辐射强迫的影响。东亚地区（主要是中国）是最大的产品出口地区，2007年东亚地区的消费引起的二次无机气溶胶（SIOA）和一次有机气溶胶（POA）的全球辐射强迫（RFc）比该地区的生产引起的辐射强迫（RFp）小18%，而该地区的黑碳RFc比RFp小10%。西欧作为产品的净进口地区，其SIOA+POA的RFc是RFp的2倍，其黑碳RFc是RFp的1.7倍。发达地区是产品的净进口国，其RFc远高于RFp，而发展中地区是产品的净出口国，其RFc小于RFp，辐射强迫从发达地区转移到发展中地区。
黄土高原植被恢复已接近承载力阈值
中科院生态环境研究中心傅伯杰研究组与北京大学等单位的合作研究发现，目前黄土高原植被恢复已接近该地区水资源植被承载力的阈值，研究成果发表于《自然-气候变化》。2000年以来我国实施的大规模退耕还林还草工程是世界上规模最大的植被恢复工程，其中又以黄土高原植被覆盖增加和各项生态系统服务功能的提高最为显著，但同时观测也发现该地区流域产流和土壤含水量显著下降。目前黄土高原植被恢复已接近该地区水资源植被承载力的阈值，在未来气候变化条件下，该承载力阈值在383~528克碳/平方米?年间浮动。这对指导黄土高原退耕还林还草工程的实施具有重要意义。
我国霾污染导致粮食减产
中科院地球环境研究所铁学熙团队研究了区域霾污染对我国水稻、小麦产量的影响，相关成果发表于《科学报告》。霾对农业的影响是多方面的，有利亦有弊。一方面霾悬浮于空中，吸收、反射了太阳辐射达到地面的热量，使绿色植物失去了所需要的光照，使光合作用减少从而影响其生长发育，导致减产。持续的重霾天气，会造成日照不足，容易诱发各种病害。另一方面重霾天气可使地面的水汽不易蒸发，减少了地面热量的散发。在冬季，因为有保温作用，作物不易遭受冻害。采用对流层紫外—可见光模型的计算结果表明，这些区域太阳辐射受气溶胶影响减少辐度的最高值可达28%～49%，由此估算的水稻和小麦作物减产量分别占到全国的1%～2%和4.5%～8%。
我国未来会有更多骤发干旱
中科院大气物理研究所袁星团队的研究显示，从1979年到2010年，中国的骤发干旱次数增加了1倍以上，人为变暖可能会在未来几十年中加重我国的骤发旱情，相关成果发表于《科学报告》。传统干旱发生缓慢，且往往持续数月或数年时间，但骤发性干旱往往是由一波热浪导致的，发生迅速，且伴随土壤水分含量低和强蒸散作用（水分通过蒸发和蒸腾作用进入大气层的过程）。研究者利用中国2474个气象站从1961年到2014年的每日地面气温和降水量数据，分析表明骤发性干旱更有可能在湿润或半湿润地区发生，比如中国南方和东北地区。此外，从1979年到2010年，中国骤发性干旱的发生次数增加了109%。研究人员认为这种增加主要是长期变暖造成的，但与土壤湿度下降和蒸散作用增强也有关系。
基于五个原子量子比特的量子计算机
Nature封面：离子阱，展示了组成射频Paul阱电极的四个刀片；Paul阱囚禁了可光寻址的线性离子链。Nature杂志第7614期封面文章报道了可编程的小型量子计算机。在一些领域中，人们正翘首期盼功能性量子计算机的诞生。例如，在模拟化学反应或大数因数分解等问题中，量子计算机的表现将超越任何经典计算机。虽然人们已在小型量子计算机上运行过一些算法，但迄今为止，人们还未能设计出无需改变硬件而可以轻松重构、编译不同算法的可编程量子计算机。在本期《自然》杂志中，Shantanu Debnath等展示了一个可编程的小型量子计算机，用五个囚禁原子离子充当量子比特。原则上，这种结构可扩展至更多量子比特。
皮层多模态分区
Nature封面：人大脑连接组项目中人类大脑左半球膨胀表面的多模态皮层分区（1.0版）。Nature杂志第7615期封面文章报道皮层最新研究进展。神经学家一直试图将人类大脑皮层划分为不同的解剖学分区和功能分区，这类脑图一般都是“模糊不清”的。David Van Essen等整合了从210名健康受试者身上收集到的多模态成像数据，绘制出了更为普适的全新大脑皮层分区图，并且在另外239名受试者身上进行了了验证。作者将每个大脑半球分为了180个分区（其中97个是此前未知的），并运用机器学习分类器在新受试者、甚至分区不典型的个体身上自动识别这些分区。这项可免费获取的资源将在众多领域提高人类大脑结构与功能研究的精确度与普适性。
六万人外显子组测序
Nature封面：总共60,706人的蛋白编码的遗传变化分析。Nature杂志第7616期封面文章报道了人类外显子组测序的最新进展。参与人类外显子组整合数据库(ExAC)项目的Daniel MacArthur及同事生成并分析了来自60,706位被试者的高质量外显子组测序数据，这些被试者来自于不同的地理人口系谱。这一研究是迄今为止对人类蛋白编码遗传变异最为全面的记录，对于低频蛋白编码变体的分析，其分辨率也是前所未有的。这一记录可公开获取，是一笔珍贵的基因组公开资源和参照数据，将有助于对遗传变异体和疾病致病性进行分类。
比邻之星
Nature封面：比邻星（Proxima Centauri）及其行星比邻星b的艺术再现，图中最亮的两颗恒星分别是半人马座阿尔法星A和B。Nature杂志第7617期封面文章报道了新的围绕附近恒星运转、温暖的类地行星。研究人员分析了此前用欧洲南方天文台（ESO）设备收集的多普勒数据，发现有一颗最小只有1.3倍地球质量的小行星围绕比邻星（距太阳最近的恒星）运行。该行星被称作比邻星b，接近比邻星轨道，公转周期约为11.2天。比邻星b的平衡温度可使水在其表面保持液态，但目前其表面是否存在水、水的成分为何尚不清楚；比邻星b的X射线通量高于地球，因此随着时间推移，可能会形成与地球大气截然不同的大气层。
地球上寿命最长的脊椎动物
Science封面：格陵兰鲨(Greenland Shark)。Science杂志第6300期封面文章报道称，格陵兰鲨(Greenland Shark)是体型最大的鲨鱼之一，以丑陋的外表和缓慢的动作著称。它们游弋在北极及北大西洋海域的海底，阿根廷与南极也发现过这种鲨鱼。这种凶猛的怪兽实际上是地球上寿命最长的脊椎动物。格陵兰鲨的寿命至少有四百年，在一百五十岁左右达到性成熟。Julius Nielsen等将放射性碳年代测定技术用于格陵兰鲨眼睛的晶状体后，发现格陵兰鲨的平均寿命至少有272岁。研究中体型最大的两头格陵兰鲨分别有493cm和502cm长，年龄大约为335岁和392岁。有研究提出雌性格陵兰鲨达到性成熟时长度会超过400cm，那时它们的年龄至少应该为156岁。
免疫细胞和大脑
Science封面：免疫细胞和大脑。Science杂志第6301期封面文章报道了免疫细胞和大脑相关的专刊文章。当前，许多科学家认为免疫细胞和中枢神经系统（central nervous system，CNS）属于致命的组合，一个经典的例子就是多发性硬化，是以中枢神经系统白质炎性脱髓鞘病变为主要特点的自身免疫病，自身T淋巴细胞影响大脑功能。然而，更多的研究证实免疫细胞和中枢神经系统之间的交流和通讯。免疫系统在许多神经疾病当中扮演关键的角色，但是免疫-中枢神经系统的相互作用缺不是那么糟糕。相反，他们之间的相互作用往往起到非常重要的作用。免疫-中枢神经系统的相互作用也许对带来治疗神经系统疾病的成功范例。
地震波有助了解地球内部结构
Science封面：“气象炸弹”，由远震激发的S波微震。Science杂志第6302期封面文章报道地球也能“照X光”地震波有助了解地球内部结构。利用日本的一个地震台阵（seismic array）观测到了由北大西洋远端一个强烈风暴所激发出的微震。对震波的进一步研究能够揭示地球内许多未知的“黑色地带”。通过对地震震源位置和震波进行物理分析可以更深入地了解地球内部结构。通过“气象炸弹”风暴激发产生的P波或S波记录，可以构建高分辨率的地球内部结构图像，还可以精确地计算出上下地幔之间边界层的深度。这项研究工作可能最终有助于揭示重要的边界层的起伏情况，并可能影响到我们对于地幔对流和构造板块运动的理解。
黎明号飞船抵达谷神星
Science封面：谷神星(Ceres)。Science杂志第6303期封面文报道了对谷神星的新探索，它是一颗矮行星，也是在(位于火星和木星之间)小行星带中最大的星体。这些来自黎明号飞船(它已经环绕谷神星做轨道运行)的结果揭示，在谷神星上有火山口、裂缝、冰火山及其它地质过程的标记。这些文章共同让人们对谷神星有了长足的了解，这是一个岩石和冰的世界。研究人员用装载于黎明号的可见与红外绘图光谱仪确定，这些遍布于谷神星的层状硅酸盐组成相当一致，但其丰度则各不相同。由于这些矿物需要有水才能形成，因此作者提出，普遍和广泛的水蚀变过程在该矮行星历史的某个时候对它造成了影响。
临床疾病
新型B细胞肿瘤抑制剂
中科院合肥物质科学研究院强磁场科学中心研究员刘青松课题组、刘静课题组研发出新型针对B细胞肿瘤的高选择性高活性酯质激酶PI3Kδ和Vps34双重抑制剂——PI3Kδ/V-IN-01，相关结果发表在《癌症靶点》杂志上。数据显示中国2015年95%以上的慢性淋巴细胞白血病为B细胞的克隆性增殖，仅不到5%的病例为T细胞表型。PI3Kδ的过量表达与Ｂ细胞恶性肿瘤有密切联系，PI3Kδ参与调节Ｂ淋巴细胞的免疫微环境，对这类肿瘤细胞的活化、增殖、生存和迁移起着关键作用。研究发现了同时靶向激酶PI3Kδ和Vps34的双重抑制剂PI3Kδ/V-IN-01，它能够更强烈抑制肿瘤细胞增殖，尤其是对FLT3-ITD阳性的急性髓细胞性白血病抑制效果明显。在小鼠模型中，这种抑制剂50mg/kg/d的剂量即表现出明显的抑制活性。
Gpr45突变降低下丘脑POMC表达并导致肥胖
复旦大学吴晓晖教授与许田教授合作，利用piggyBac转座子插入突变小鼠资源，发现了G蛋白偶联受体Gpr45在肥胖发生发展中的重要作用，阐明了Gpr45调控阿黑皮素原(POMC)表达及机体能量代谢的分子机制，研究论文发表于《临床研究》。肥胖会增加罹患糖尿病、心血管异常和肿瘤等疾病的风险。发现神经系统特异表达的Gpr45基因失活导致小鼠代谢减缓，离乳后开始肥胖，进而出现脂肪肝、胰岛素抵抗、血糖增高等代谢异常。Gpr45在下丘脑通过JAK/STAT信号通路调控能量代谢信号分子POMC的表达，Gpr45突变导致POMC表达量和POMC神经元活性降低，脑室注射POMC产物类似物MTII则可抑制Gpr45突变小鼠的肥胖。G蛋白偶联受体是种类众多的膜蛋白受体家族成员之一和重要的候选药物靶标。
脑出血后TLR4/MyD88介导铁调素表达引起脑铁沉积、氧化损伤和认知障碍
第三军医大学杨清武教授课题组在脑出血后脑铁代谢机制研究领域取得进展，相关成果发表于《循环杂志》。脑出血后红细胞中的血红蛋白在短时间内降解产生大量的铁，大量铁不仅通过氧化损伤或直接神经毒性等机制加重神经损伤，同时还引起远期的认知功能障碍。因此，降低脑铁沉积成为脑出血治疗的策略。证实了上调的星形胶质细胞及血清中的铁调素可显著阻碍脑出血后沉积脑铁的清除，加重小鼠神经损伤及远期的认知功能障碍。进一步研究发现，TLR4/MyD88介导的炎症信号显著上调了铁调素的表达，脑铁沉积明显增加，从而加重神经损伤及远期认知功能障碍，而应用TLR4特异抑制剂能显著下调星形胶质细胞铁调素表达，促进沉积的脑铁排出外周，明显减轻脑出血后神经损伤及远期认知功能障碍。
miR-21通过增强线粒体基因翻译降低血压
华中科技大学同济医学院附属同济医院汪道文研究组发现miR-21通过上调线粒体基因的翻译可以降低自发性高血压大鼠升高的血压并缓解心肌肥厚，相关成果发表于《循环杂志》。氧化应激在高血压及其靶器官损伤的发生发展中起着重要作用，而线粒体呼吸链是活性氧产生的主要部位。研究发现，自发性高血压大鼠心脏组织中线粒体基因编码的蛋白细胞色素b(Cytb)水平明显下降，并且活性氧含量明显增加。研究首先在细胞水平上证实Cytb降低是活性氧增加的直接原因。其次，研究发现Cytb可能是miR-21的作用靶点，miR-21可直接通过增强Cytb的翻译，降低由Cytb减少引起的活性氧增加。进一步的体内动物实验发现，自发性高血压大鼠体内高表达miR-21能降低血压并减轻心肌肥厚。
胰岛素调控肝脏生物钟的分子机制
中科院上海生科院营养科学研究所刘浥研究组，揭示了胰岛素通过调节生物钟核心转录因子Bmal1影响肝脏生物钟发生的分子机制，相关研究成果发表于《自然-通讯》。在进食状态下，由胰腺分泌的胰岛素能通过肝细胞表面的胰岛素受体，将信号传递至细胞内，激活PI3K-AKT2信号通路，激活的AKT2能够磷酸化Bmal1-Ser42，最终Bmal1被稳定在细胞质中，从而抑制Bmal1/Clock下游基因的表达。通过食物牵引试验改变小鼠正常的饮食节律发现，一方面胰岛素分泌的节律会随之改变，导致Bmal1在细胞核内的聚集模式发生变化，Dbp、Rev-erb α等下游节律基因的表达相位被逆转，表明肝脏生物钟的节律被重置；另一方面，小鼠通过增加饮食储存食物，导致胰岛素分泌剧增，致使胰岛β-细胞遭受巨大压力，这可能是造成胰岛β-细胞在饮食牵引状态下功能丧失的原因之一。
冠心病代谢组学特征谱系统研究
中国药科大学天然药物活性组分与药效国家重点实验齐炼文课题组、李萍课题组、南京医科大学朱伟课题组、江苏大学附属武进医院李勇课题组等合作，揭示冠心病早期诊断和临床分型的血液代谢标志物，研究论文发表于《美国心脏病学会杂志》。冠心病在我国的发病率和死亡率呈迅速上升趋势，预计到2020年，中国每年因心血管疾病死亡的人数将达到400万。早期干预是降低冠心病事件发生的重要策略，而早期干预取决于早期诊断，代谢物组研究可为冠心病早期诊断提供有力手段。研究绘制了冠心病及其不同临床阶段（冠脉硬化症、稳定型心绞痛、不稳定型心绞痛、心肌梗死）的血浆代谢组学特征谱。从近2000个代谢物中发现、鉴定了与冠心病发生发展表型特征密切相关的差异代谢物89个。
人脑局部功能一致性研究
中科院心理研究所行为科学重点实验室左西年研究员和姜黎黎副研究员在《神经科学家》发表文章，系统回顾并展望了人脑局部功能一致性的相关研究。人脑结构功能组织原理及进化和发育模式，遵循基本的“由近及远”和“局部到全局”的距离规律。该文章以人脑是一个复杂物理系统的工作模型为切入点，从计算神经科学角度，阐述了当前基于无损神经影像技术的人脑连接组学所面临的各项困难与挑战，指出：局部功能一致性作为刻画人脑连接组的多模态、多尺度神经影像标记物，具备非常高的重测信度与可重复性，可以刻画人脑功能信息处理的复杂程度和人脑内在的功能等级分布，结合以往局部功能一致性应用研究提出了“人类连接组关联研究（HCAS）”框架，阐述了局部功能一致性算法对于人脑连接组学的意义。
碘引起疼痛及过敏研究
中科院昆明动物研究所离子通道药物研发中心杨建研究组研究发现，TRPA1离子通道介导碘引起疼痛及过敏副作用，相关成果发表于《EMBO报告》。研究通过建立疼痛和过敏性皮炎动物模型，使用氨基酸位点突变、电生理、组织切片、原代神经元培养、活细胞钙荧光成像以及药理学抑制和基因敲除等试验技术手段，阐明了碘抗菌剂所引起的疼痛及过敏性皮炎等副作用主要是通过激活离子通道TRPA1所引起，同时离子通道TRPV1也参与其中小部分作用。TRPA1和TRPV1是结构上相关联的非选择性钙离子通透的阳离子通道，都属于TRP离子通道家族。该研究推进了对碘杀菌剂副作用的认识，同时对于研发新型碘杀菌剂，降低其副作用具有重要指导意义。
能源
可同时采集光能和机械能的复合能源衣
中国科学院纳米能源与系统研究所、美国佐治亚理工学院王中林教授课题组与重庆大学范兴副教授课题组合作，成功将新型高分子纤维基太阳能电池与纤维摩擦纳米发电机共同编织，形成了一种单层、轻质、透气、廉价的新型全固态智能可穿戴织物，研究成果发表于《自然-能源》。该织物不仅可以采集太阳光能，还可以同时将人体运动导致的织物内部纤维机械摩擦转化成电能，从而驱动随身电子设备不间断地工作。实验结果表明，一个长5厘米，宽4厘米的单层织物在户外阳光以及机械运动的共同驱动下，不仅可以给电子表，手机等设备提供持续电能，还可以驱动电解水等电化学反应。由于该能源织物具有轻薄，柔软，可穿戴，可折叠，透气性好等优良性质，它将会用在穿戴电子、人体健康、能源，军事等领域。
高温太阳能热化学循环制备燃料气
中科院工程热物理研究所分布式供能与可再生能源实验室发现了一种通过利用化石燃料(例如甲烷)吸热反应来回收等温法热化学循环反应器下游废热和未反应气体(例如水或者二氧化碳)的方法，并提出了基于甲烷重整的太阳能热化学多联产系统，成果发表于《应用热工程》。等温法氧化反应后的混合气体温度能够降低至600-850摄氏度，且混合气体的热值能够提高。在等温热化学反应器下游整合化石燃料能够进一步提高合成气的产量和利用太阳能。在此基础上，科研人员提出了基于甲烷重整的甲醇动力多联产系统，生产单位质量的甲醇需要的化石燃料消耗大约为22GJ/ton，比目前典型的工业生产过程的能耗低，最佳太阳能到甲醇的转换效率可高达44%以上。
金属/碳化硅光催化有机合成
中科院山西煤炭化学研究所煤转化国家重点实验室郭向云研究团队与美国伊利诺伊大学香槟分校杨宏教授合作，采用能够响应可见光的立方型高比表面积碳化硅（SiC）为载体，利用金（Au）纳米颗粒的表面等离子体共振效应，设计出新型Au/SiC光催化体系，在室温常压和可见光照的条件下，成功实现ɑ,β-不饱和醛选择性加氢生成ɑ,β-不饱和醇，相关工作发表于《美国化学会志》。ɑ,β-不饱和醇是药物、香料及其它精细化工产品生产中的重要原料和反应中间体，在有机合成中有着广泛的应用。光催化能够有效利用太阳能，在温和条件下加快反应进程，并且能够定向合成目标产物，提高目标产物的收率，因此在有机合成中受到了广泛关注。
微藻高效电解气浮采收新技术
中科院青岛能源所微藻生物技术团队开发了一种基于石墨双电极的电解气浮微藻采收技术，相关结果发表于《藻类研究》。利用光合自养进行微藻大规模生产时，微藻培养液中细胞浓度一般不超2g/L，因此如何从巨大量的培养液中高效经济的采收微藻细胞一直是影响微藻能源与资源化利用的关键技术之一。传统的絮凝、沉降、离心、过滤等技术或因效率低、能耗高、连续操作困难等问题而不能适用于微藻的大规模采收。研究利用安装在气浮器底部的特殊设计的梳状双层石墨双电极在直流电（不高于5伏特）作用下高效电解水产生大量微气泡来代替传统的溶气水。结果表明，每采收1公斤微藻（干重），电解气浮能耗只需要0.03kWh，只有传统溶气气浮能耗的1/5，离心能耗的1/30，降低了微藻采收成本。
烷烃碳氢键不对称官能化
中科院上海有机化学研究所刘国生团队通过发展金属催化的自由基接力新策略，成功实现了铜催化苄位碳氢键的不对称氰化反应，以最短的路线合成了手性腈类化合物，该成果发表于《科学》。研究人员提出将反应中的碳自由基中间体转化为金属有机物种来实现选择性控制的策略，以此来解决烷烃的C-H键不对称直接官能化的难点问题。他们通过发展金属催化/自由基接力的新策略，利用原位形成的高活性的自由基来攫取苄位的氢，在温和条件下生成的苄位自由基，再与手性噁唑啉/铜氰络合物高立体选择性地结合形成高活性的有机金属铜中间体，继而实现了碳自由基的不对称控制，成功地发展了苄位碳氢键的不对称氰化反应，无需邻位定位基团的参与就可以实现从苄位碳氢键到手性芳基乙腈的直接高效转化。
催化合成氨研究进展
中科院大连化学物理研究所洁净能源国家实验室（筹）陈萍研究员、郭建平博士提出了“双活性中心”催化剂设计策略，并由此开发出了一系列过渡金属与氢化锂组成的复合催化剂体系，实现了氨的低温催化合成，相关研究成果于近期发表在《自然-化学》期刊上。研究将氢化锂作为第二组分引入到催化剂中，构筑了“过渡金属—氢化锂”这一双活性中心复合催化剂体系，并提出了“活化氮转移”的反应机理，使得氮气和氢气的活化及中间物种的吸附发生在不同的活性中心上，从而打破了单一过渡金属上的反应能垒与吸附能之间的限制关系，使得氨的低温低压合成成为可能。
聚乙烯废塑料温和可控降解
中科院上海有机所黄正课题组和加州大学尔湾分校管治斌课题组合作，在聚乙烯废塑料降解研究取得突破，相关成果发表于《科学进展》。利用交叉烷烃复分解催化策略，使用价廉量大的低碳烷烃作为反应试剂和溶剂（此类低碳烷烃在石油炼制中大量生成，不能作为燃油或天然气，使用价值非常有限），与聚乙烯发生重组反应，有效降低聚乙烯的分子量和长度。在反应体系中低碳烷烃过量存在，所以可多次参与聚乙烯的重组反应，直至把分子量上万、甚至上百万的聚乙烯降解为清洁柴油。该催化体系为解决“白色垃圾”环境污染提供了一种可能的途径；另一方面“变废为宝”，促进碳资源循环利用。
磁约束聚变高性能等离子体稳定性控制
中科院合肥物质科学研究院等离子体物理研究所先进实验超导托卡马克（EAST）团队研究员孙有文等人对在EAST托卡马克上利用外加共振磁扰动抑制边界局域模的物理过程进行了深入研究，相关研究成果发表于《物理评论快报》。研究利用EAST上最新安装的共振磁扰动线圈，实现了类ITER射频波主导加热、低动量注入条件下的共振磁扰动对边界局域模的完全抑制，同时在实验上观察到了共振磁扰动对边界局域模从缓解到抑制的非线性转化过程，揭示了等离子体对外加磁扰动的非线性响应，以及边界磁场拓扑结构的改变对于实现抑制边界局域模起到了关键的作用。该项研究将有助于推动控制手段的物理机理的研究，同时可将这一控制手段推广到聚变堆的应用。
农作物
水稻杂种优势遗传机制
中科院上海生科院植物生理生态研究所国家基因研究中心韩斌院士研究组、黄学辉研究组联合中国水稻研究所杨仕华研究组在水稻杂种优势研究中获突破，相关研究成果发表于《自然》。研究人员通过对1495份杂交稻品种材料的收集以及对17套代表性遗传群体进行基因组分析和田间产量性状考察，综合利用基因组学、数量遗传学及计算生物学领域的最新技术手段，全面、系统地鉴定出了控制水稻杂种优势的主要基因位点。研究表明，水稻中杂种优势的表现正是由这些基因位点所决定。在杂交配组中，这些基因位点产生了全新的基因型组合，在杂交一代中高效地实现了对水稻花期、株型、产量各要素的理想搭配。这项研究成果阐明了水稻杂种优势的遗传机制，对推动杂交稻和常规稻的精准分子设计育种实践有重大意义。
水稻精细调控干旱应答新机制
华中农业大学教授熊立仲课题组揭示了水稻精细调控干旱应答的新机制，对阐明植物抗旱分子机理和促进植物抗旱遗传改良具有重要意义，该成果发表于《植物细胞》。脱落酸（ABA）作为一种逆境响应激素，在植物与逆境抗争中起到了举足轻重的作用。两个同源的转录调控因子（OsbZIP23和OsbZIP46）在促进ABA信号传导和抗旱性方面的重要功能。进一步研究揭示水稻干旱应答的一个精巧的调控模式：在遭遇干旱胁迫时，水稻大量诱导并激活正调控因子OsbZIP46，促进干旱应答；在干旱胁迫末期以及恢复期，负调控因子MODD的表达量增加并双重抑制OsbZIP46的活性和稳定性，从而减弱或消除干旱应答并将其控制在合理程度，以实现干旱应答与其他生理进程的平衡。
玉米品质和产量调控
中科院上海生科院植物生理生态研究所巫永睿研究组与美国罗格斯大学Joachim Messing教授研究组合作，研究发现玉米胚乳特异转录因子O2和PBF同时调控储存蛋白和淀粉合成基因表达，为培育高产优质玉米提供了新思路，研究成果发表于《美国科学院院报》。实验发现O2粒重下降的原因是淀粉合成受到影响。在双突变PbfRNAi; O2中，粒重和淀粉合成下降更为显著。在单突变和双突变中主要是糖和蛋白代谢途径的基因表达受到显著影响。通过转录激活，EMSA和免疫共沉淀等实验证明了淀粉合成复合体中两个关键基因PPDKs和淀粉合成酶III（SSIII）直接受到O2和PBF调控，SSIIa和SBE1间接受到O2和PBF调控。
植物叶绿体基因组全转录行为
中科院昆明植物所高立志团队通过对3种高等植物（水稻、玉米和拟南芥）及两种藻类（衣藻、灰藻）的叶绿体转录组数据进行分析，发现整个叶绿体基因组都能发生转录，相关成果日前发表于《科学报告》。这些转录本经内切酶和外切酶的作用，剪切掉不行使功能的序列，最终形成具有确切功能的转录本。叶绿体基因组的这种转录起始位点和终止位点随机组合的转录模式，产生了若干相互重叠、长短各异的初始转录本，从而形成了研究所观察到的叶绿体基因组全转录现象。研究人员用同样的方法对蓝藻基因组进行了分析。结果表明，蓝藻基因组也能全部转录。这说明光合真核生物叶绿体基因组全转录模式在植物进化的早期就已存在，并且可追溯到蓝细菌。
全球首张高清榨菜基因组图谱
浙江大学农业与生物技术学院园艺系教授张明方团队通过高通量测序技术，绘制了世界上第一张榨菜全基因组图谱，并从基因组选择与进化层面解答了榨菜“家乡味”的成因，这一进展将对芥菜类蔬菜作物的改良产生重要意义，相关成果发表于《自然-遗传》。菜用芥菜是我国重要的加工蔬菜，榨菜和雪里蕻、大头菜等都属于不同的变种，它们在浙江、四川、重庆等南方许多省市广泛栽培。那么榨菜、梅干菜的“家乡味”是受到什么基因影响呢？通过全基因组分析，研究组找到了两组同源基因序列，其中一组与硫代葡糖糖苷代谢有关，它们发生了差异化进化，这就是为什么我们有的榨菜闻起来香，有的香味不明显。另外一组则与油脂代谢有关，决定着油用芥菜的产油量和油脂的组分。
水稻中建立基因定点替换及定点插入体系
中科院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究组和李家洋研究组合作利用在修复途径中占主导地位的非同源末端连接（NHEJ）修复方式在水稻中建立了基于CRISPR/Cas9技术的基因替换以及基因定点插入体系，研究成果发表于《自然-植物》。CRISPR/Cas9技术在生命科学领域掀起了一场全新的技术革命，该技术已经广泛应用于包括农作物在内的各种生物体的基因组编辑。科学工作者利用该技术，创造了大量的植物内源基因功能缺失的突变体，开展植物的功能基因组学研究和应用研究。该研究利用修复途径中占主导地位的NHEJ修复方式，在植物中建立的基因定点替换及定点插入策略，为植物基因功能的解析和农作物分子设计育种提供了全新的技术路线。
植物源挥发性有机化合物应对环境复合胁迫
中科院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室冯兆忠研究组在环境复合胁迫(臭氧与干旱)对植物源挥发性有机化合物（BVOCs）影响方面取得进展，该成果发表于《植物、细胞与环境》。在全球环境变化的大背景下，如何准确预测区域及全球尺度植物释放VOCs总量及其对大气污染的贡献已成为学者亟待解决的重要问题。该研究揭示了植物VOCs释放需要考虑多重因素的复合影响，并提出评价BVOC释放需要考虑研究尺度。此结果为进一步评估全球环境变化对植物VOCs释放量的影响及优化全球尺度BVOCs释放量模型提供了科学依据。
磨芋新种——补蚌磨芋
中科院西双版纳热带植物园标本馆科技人员殷建涛发表天南星科磨芋属新种——补蚌磨芋（Amorphophallus bubenensis），研究成果发表于《Phytotaxa》。磨芋属植物全世界有约200种，中国现有17种，其中8种为特有种。磨芋属植物具有重要的食用及药用价值。由于磨芋花叶不同时，科技人员通过多年的引种栽培及野外观察才获得了完整的花和叶的标本，以确保新种描述的准确性。补蚌磨芋与东京磨芋相似，但后者的柱头有一个圆形或三角形的轮廓，通常是两或三裂，另外，后者具有光滑的块茎可以加以区别。
环境
细颗粒物污染影响
清华大学环境学院王书肖课题组与美国环保署合作在《环境与健康展望》（Environmental Health Perspectives）和《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）期刊上分别在线发表题为《北半球1990-2010年间颗粒物引起的早逝人数变化趋势》和《减少颗粒物冷却效应带来的意外收益》的研究论文。该研究揭示了1990-2010年间细颗粒物(PM 2.5)污染引起的北半球早逝人数变化趋势与排放归因，并发现PM 2.5除了直接导致空气质量恶化外，还会通过大气动力学过程，加剧不利扩散条件，进一步造成污染物浓度的提高和早逝人数的增加。颗粒物辐射效应会改变大气动力学过程，进而导致空气质量的进一步恶化和更大的健康损失。
规模化养猪场粪污排放对水体和食品安全的潜在风险
中科院广州地球化学研究所应光国课题组开展了耐药基因从养猪场到周边环境及农田蔬菜的传播和扩散研究，相关成果发表于《国际环境》。该研究不仅观察到耐药基因从污染源（养猪场）到受纳环境（蔬菜地和纳污河流）的扩散，也发现耐药基因进入环境后呈现出的多样化。在施用粪污的农田蔬菜中均发现了抗生素残留和耐药基因。这些蔬菜如果仅用家常清理办法处理，仍然不能将耐药基因的相对丰度降低到自然状态下的背景值（如对照蔬菜）。因此，通过食用此类蔬菜及饮用地表水源等途径而使人类暴露于抗生素耐药基因或抗生素的潜在风险。健康风险评估时应考虑通过食用蔬菜或饮用水等途径形成的耐药基因及抗生素的暴露风险。
高寒湿地温室气体排放研究
中科院西北高原生物研究所贺金生课题组报道了高寒湿地温室气体的排放对水位降低和氮沉降的响应，并探讨了温室气体排放变化背后的微生物学机制，相关成果发表于《全球变化生物学》。青藏高原高寒湿地是三江之源，亚洲的水塔。近年来高原经历的快速气候变化和日益增多的人为活动，导致了湿地水位的下降和氮沉降的增加，而这些变化可能极大地影响高寒湿地温室气体的排放。以前的相关研究多集中在高寒湿地温室气体排放的时空异质性，或局限于单种温室气体对环境变化（水位降低或氮沉降）的响应分析上。该研究首次探讨了全球变化对高寒湿地三种温室气体综合温暖效应的影响。
刈割对洞庭湖湿地植物芽库的影响
中科院亚热带农业生态研究所洞庭湖湿地生态研究团队以洞庭湖优势湿地植物短尖苔草为研究对象，揭示刈割对洞庭湖湿地植物芽库的影响，相关论文发表于《植物科学前沿》。在多年生草本植物占优势的生态系统，如草地和沼泽湿地，刈割或牧食造成的去叶是一种常见的干扰。在这些生态系统中，通过地下芽库种群中芽的萌发产生分蘖是植物对刈割响应的重要机制之一。结果表明芽库是一种保守的繁殖策略，使短尖苔草能够忍耐一定程度的刈割。在连续刈割后保持一个大的芽库能够使短尖苔草种群在干扰生境中再生和持续。但是从长期看，由于根茎和植株储存的碳量下降，短尖苔草的芽库密度可能会下降。
国际贸易对全球气溶胶气候强迫的影响
北京大学林金泰与清华大学和加拿大麦吉尔大学的合作者揭示了国际贸易相关的经济活动产生的气溶胶污染对区域和全球气候强迫的影响，相关成果发表于《自然-地球科学》。研究揭示了全球多边经济贸易活动与大气输送过程的耦合导致的全球化气溶胶污染对大气层顶直接辐射强迫的影响。东亚地区（主要是中国）是最大的产品出口地区，2007年东亚地区的消费引起的二次无机气溶胶（SIOA）和一次有机气溶胶（POA）的全球辐射强迫（RFc）比该地区的生产引起的辐射强迫（RFp）小18%，而该地区的黑碳RFc比RFp小10%。西欧作为产品的净进口地区，其SIOA+POA的RFc是RFp的2倍，其黑碳RFc是RFp的1.7倍。发达地区是产品的净进口国，其RFc远高于RFp，而发展中地区是产品的净出口国，其RFc小于RFp，辐射强迫从发达地区转移到发展中地区。
黄土高原植被恢复已接近承载力阈值
中科院生态环境研究中心傅伯杰研究组与北京大学等单位的合作研究发现，目前黄土高原植被恢复已接近该地区水资源植被承载力的阈值，研究成果发表于《自然-气候变化》。2000年以来我国实施的大规模退耕还林还草工程是世界上规模最大的植被恢复工程，其中又以黄土高原植被覆盖增加和各项生态系统服务功能的提高最为显著，但同时观测也发现该地区流域产流和土壤含水量显著下降。目前黄土高原植被恢复已接近该地区水资源植被承载力的阈值，在未来气候变化条件下，该承载力阈值在383~528克碳/平方米?年间浮动。这对指导黄土高原退耕还林还草工程的实施具有重要意义。
我国霾污染导致粮食减产
中科院地球环境研究所铁学熙团队研究了区域霾污染对我国水稻、小麦产量的影响，相关成果发表于《科学报告》。霾对农业的影响是多方面的，有利亦有弊。一方面霾悬浮于空中，吸收、反射了太阳辐射达到地面的热量，使绿色植物失去了所需要的光照，使光合作用减少从而影响其生长发育，导致减产。持续的重霾天气，会造成日照不足，容易诱发各种病害。另一方面重霾天气可使地面的水汽不易蒸发，减少了地面热量的散发。在冬季，因为有保温作用，作物不易遭受冻害。采用对流层紫外—可见光模型的计算结果表明，这些区域太阳辐射受气溶胶影响减少辐度的最高值可达28%～49%，由此估算的水稻和小麦作物减产量分别占到全国的1%～2%和4.5%～8%。
我国未来会有更多骤发干旱
中科院大气物理研究所袁星团队的研究显示，从1979年到2010年，中国的骤发干旱次数增加了1倍以上，人为变暖可能会在未来几十年中加重我国的骤发旱情，相关成果发表于《科学报告》。传统干旱发生缓慢，且往往持续数月或数年时间，但骤发性干旱往往是由一波热浪导致的，发生迅速，且伴随土壤水分含量低和强蒸散作用（水分通过蒸发和蒸腾作用进入大气层的过程）。研究者利用中国2474个气象站从1961年到2014年的每日地面气温和降水量数据，分析表明骤发性干旱更有可能在湿润或半湿润地区发生，比如中国南方和东北地区。此外，从1979年到2010年，中国骤发性干旱的发生次数增加了109%。研究人员认为这种增加主要是长期变暖造成的，但与土壤湿度下降和蒸散作用增强也有关系。
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