B类先导动态季报-2023年第2期.pdf
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中国科 学 学与教育 局局 中国 国科学院前 科 院前沿科 学 院 前沿科学与 沿科 学 与教 教育局 育 中 中 国科学院文 科 学 院 文献 献 情 报中心 中国科 学院文献 情情报中心 报中心 中国 B类先导动态季报 B类先导动态季报 2018 2023 2018 Quarterly Quarterly Report Report of of BB Programme Programme 本期要目 本期要目 高载量配位不饱和 高载量配位不饱和Ni-N-C Ni-N-C 本期要目 催化剂高效电催化还原 催化剂高效电催化还原CO CO22 发现一种病原微生物逃逸植物免疫新机制 贺泓：我国大气灰霾污染治理具有 贺泓：我国大气灰霾污染治理具有 祝宁华：光电融合集成与调控技术 复杂性、艰巨性和长期性 复杂性、艰巨性和长期性 原位电镜确认立方冰 拓扑物态研究取得系列重要进展 拓扑物态研究取得系列重要进展 第二期 第二期 第二期 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 重点推荐 Recommend 10 Be 研究揭示地球轨道偏心率对地磁场和亚洲季风变化的影响 一种具有低延迟、高非线性和高开态电流密度的自选通阻变存储器 用应力调控过渡金属硫属化合物的拓扑表面态及其朗道量子化 超导量子计算实现黑洞弯曲时空和霍金辐射模拟 鲟鱼保护研究取得新进展 蛇类起源及表型演化的遗传机制研究 CONTENTS 目录 大师视角 祝宁华：光电融合集成与调控技术 01 亮点成果 利用胚胎干细胞建立非人灵长类类胚胎模型 05 解析小鼠单神经元树突形态和轴突投射的关系 05 超导量子计算实现黑洞弯曲时空和霍金辐射模拟 06 激子拓扑序的实验观测 07 研究揭示黔金丝猴杂交起源 07 蛇类起源及表型演化的遗传机制研究 08 寒冷适应促进亚洲叶猴社会系统的演化 09 鲟鱼保护研究取得新进展 10 揭示植物平衡生长和盐胁迫响应的分子机制 11 揭示植物侧生器官发育和多样化机制 11 用应力调控过渡金属硫属化合物的拓扑表面态及其朗道量子化 12 10 13 Be 研究揭示地球轨道偏心率对地磁场和亚洲季风变化的影响 青藏高原地形强迫对春季东亚云量和大气辐射收支的影响 14 极端太阳高能粒子事件对火星不同地点的辐射影响 15 利用天问一号磁强计自主探测数据开展日冕物质抛射识别和演化研究 15 揭示了印尼贯穿流水体在印度洋完整的三维流动路径 16 基于人工智能技术的可解释性构建了 ENSO 预报模型 17 激光调控硅上 In 量子线相变的机理 18 等离激元异质体系近红外区光谱拓宽 19 发现自旋调控新机理 20 一种具有低延迟、高非线性和高开态电流密度的自选通阻变存储器 20 中红外频段的反向切伦科夫辐射 21 多孔石墨烯覆盖层促进二维材料层下限域光电催化产氧 21 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 超快超填充构造金属人工界面实现锌电超长循环 22 原位电镜确认立方冰 23 高压制备具有最大结构畸变的 d3 电子材料及其位移型铁电极化 23 非厄米多带系统中例外简并的非阿贝尔拓扑 24 发现大脑健康衰老向阿尔茨海默病演变的生物标记物 25 补体抑制蛋白调控大脑抑制性突触传递新机制 26 聚焦中国营养研究 26 开发新型高通量单细胞多组学技术 27 揭示 GSDMB 膜打孔介导细胞焦亡的结构基础和调控机制 28 发现一种病原微生物逃逸植物免疫新机制精准光电联用系统 29 专项管理 中印尼海洋牧场项目年会顺利召开 30 国际动态 迄今最清晰鼠脑图像发布 32 迄今最高清火星“肖像”绘出 33 首个果蝇细胞衰老图谱公布，揭示体内不同细胞如何老化 33 运动纤毛轴丝的完整原子结构并辅助纤毛病临床诊治 34 大师视角 祝宁华 中国科学院院士 中国科学院 B 类先导专项“光电融合与调控前沿研究” 首席科学家 同调控与高效、高速转换的机理 光电融合集成与调控技术 有待深入研究。从微观角度对光 光电子与微电子融合集成将 子、电子与声子相互作用机理的 促使计算、通信与传感技术实现史 深入研究，是设计高效光电融合 无前例的高性能，将使得光电子芯 器件的理论基础。同时光子和电 片具备类似集成电路的无所不在的 子又具有波动特性，研究微纳尺 影响力，光电子与微电子融合集成 度下的光场电场相互作用机理， 是下一代光电集成芯片发展的必然 可突破传统光电器件尺寸及性能 趋势。然而，要实现真正意义单片 极限，符合下一代光电器件高密 上光电融合，促进光电信息产业的 度集成的发展趋势。其次，光电 进一步发展，还有诸多重大科学技 材料的能带裁剪与调控需要新的 术问题尚待解决。 技术支撑，开发全新的硅基发光 首先基于单片集成的光电协 技术，是促进光电子与微电子两 01 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 大产业融通的关键。此外，光电 系统收发一体集成组件，为我国 信号的片上高效耦合和多维光场 未来相干激光通信终端高速化小 的精细调控是实现器件层面高速 型化提供技术支撑，为满足国家 率、窄线宽、大功率输出的关键。 重大需求和引领世界科学前沿做 为了提出半导体芯片后摩尔 出应有的贡献。 时代中国式解决方案、建立国际 高性能钙钛矿光电器件与机 光电融合芯片研究高地和科学高 理研究对突破等离激元激光器、 峰，中国科学院发挥自身优势， 发光二极管和太阳能电池等光电 于 2020 年 前 瞻 性 部 署 了 B 类 战 器件的性能极限有重大意义。在 略性先导科技专项“光电融合与 专项的支持下，半导体研究所游 调控前沿研究”。该专项的总体 经碧团队基于钙钛矿薄膜材料， 目标是“破解间接带隙半导体硅 通过对材料的修饰和器件结构的 材料的高效发光世界难题，研制 优 化， 实 现 了 多 种 高 效 LED 制 单片集成硅基激光器；建立从零 备。其中，蓝光钙钛矿发光二极 维到三维半导体材料融合集成结 管 的 外 量 子 效 率 达 到 12.1 %， 构物理模型；实现高速率、高功 该结果为截止当年报道的蓝光 率和窄线宽激光器技术根本性突 钙 钛 矿 LED 最 高 效 率（Nature 破”。 专 项 以“ 揭 示 光 子、 电 子 Communication, 2020, 11, 与声子，光场与电场之间的相互 4165）；制备的高效率绿光 LED 作用机理；构建多维度下多场相 外 量 子 效 率 达 22.49%， 同 时 器 互作用机制，建立微纳尺度下光 件工作稳定性时间提高了 3 倍 电融合集成结构物理模型；研究 （Advanced Materials, 2021,33, 异质异构体系高效发光机理，为 2007169）； 基 于 CsCl 修 饰 改 硅基及Ⅲ - Ⅴ族高性能激光材料与 性空穴注入层制备蓝光钙钛矿 器件研制提供支撑；突破噪声抑 LED，最终在 486nm 制备出外量 制、线宽压窄、功率放大、高速 子效率为 16.07 % 的高效率蓝光 调制等多维特性调控的实现机制” 钙钛矿 LED（Nature Electronic, 的重大理论和核心器件产出为主 2023, 6, 360）。 导，最终研制实现通信速率不低 新物理机制的探索为低维器 于 40 Gbps 的空间高速激光通信 件中电学和光学特性的调控提供 02 了新途径。上海技术物理研究所 度泛函理论方法研究了硅锗在飞 李天信团队提出并实现一种新的 秒激光脉冲辐照下的超快非热融 雪崩光电探测结构。利用二维层 化 过 程， 揭 示 硅 锗 晶 体 在 电 - 声 状材料作为雪崩倍增层，能兼具 耦合自放大作用下产生均匀分布 两方面的优势：一方面，层状材 的局域融化核并快速扩散导致亚 料中的电 - 声子相互作用只取决于 皮秒尺度的超快非热融化。该非 面内的声子模式，而较少受到面 热融化机理显著区别于惯性模 外声子的影响，因此相比于体材 型、声子软化和库仑排斥等经典 料具备更高效的电子加速过程； 理论模型，这些经典模型认为融 另一方面，层状材料没有表面悬挂 化层内所有原子键将同时断裂。 键，因此可以自由设计功能区的 另外，参与局部晶格畸变自放大 几何结构，甚至利用一些几何畸 过程的载流子需要位于带边，所 变加强内建电场。基于以上两方 以高能光子激发的热载流子必须 面的优势，在室温下将雪崩击穿 冷却到能带边缘才能发挥实质性 电压降至 ~1.6 V，是传统器件的 作用，这部分热载流子冷却所需 6.4 %，同时这也接近了材料的带 的时间决定了使用短激光波长的 隙能量，即理论上的极限值（Light: 融化时间大于使用长激光波长。 Science & Applications, 2022, 为此，该团队提出通过调节激光 11, 170；Advanced Materials, 波长可以有效控制激光退火过程 2021, 33, 2104942）。 该 研 究 （Science Advances, 2022, 8, 所揭示的掺杂新途径以及在此基 eabn4430）。此研究将有望为半 础上发展的低阈值雪崩等功能为 导体飞秒激光退火技术提供新的 纳米尺度器件的发展和应用提供 理论指导。 了一种全新的思路。 窄线宽、高稳频半导体激光 激光退火是处理材料结构的 器是大容量卫星激光通信系统的 重要技术，可快速形成超饱和固 的核心部件。通过相位、波长等物 溶体，进而改善材料性能。为了 理参数的精细调控达到器件的超 理解硅锗等半导体在激光退火过 窄线宽及高频率稳定性，是实现高 程中的超快非热融化机理，半导 性能激光器的关键。半导体研究 体研究所骆军委团队利用含时密 所祝宁华院士和李明研究员团队， 03 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 重点围绕微纳尺度下光场幅相精 高性能计算开辟一条全新的道路。 细调控等关键科学问题展开研究。 半导体研究所祝宁华院士和李明 通过优化光波导结构，减小波导 研究员团队，开展时序光学卷积 损耗，提高外腔 Q 值，提高光学 智能处理技术，解决光波模式调 耦合效率，研制出窄线宽、高频 控与干涉、时频联动的卷积加权 率 稳 定 度 的 激 光 器（Journal of 求和运算等关键问题，打破处理 Lightwave Technology, 2023, 41, 2474；Optics Express, 芯片全局时钟的限制，研制出超 2022, 30, 15796）。 通 过 进 一 高集成度光学卷积智能处理芯 步对光电反馈结构的对比研究， 片（Nature Communications, 提出了一种基于微波光子技术的 2023, 14:3000），此项研究有望 激光频率自校正系统。与当前国 为光电协同计算架构提供新的技 际最优的 PDH 稳频技术相比，所 术路径。 提方案具有更大的反馈带宽，在 目前，世界主要发达国家和 低频偏具有与 PDH 同样的噪声极 地区已经在光电融合与调控领域 限，在高频偏具有明显（>20dB） 的相噪改善。利用该技术，团队 部署了多项研究计划 , 而我国在光 实现了线宽 0.7 Hz 的窄线宽激光 电融合集成研究领域起步较晚， 器。该研究为发展具有自主知识 目前仍处于光电子与微电子各自 产权的下一代半导体光电核心技 发展阶段，仅在光通信芯片方面 术提供了基础，有望满足空间相 开展了光电融合集成的研发工作。 干光通信和时空基准传递等极限 此外，我国在光电融合集成工艺 激光应用需求。 平台方面也较为薄弱，目前已经 光学卷积智能处理芯片是机 初步建成的硅光平台，主要以纯 器视觉、自动驾驶等领域的核心 芯片，通过波分复用技术结合时 - 硅光为主，光电融合集成工艺仍 频映射技术，将多维矩阵运算转 处于规划阶段，有待技术突破和 换为一维时序向量运算，为解决 市场需求的进一步牵引。 04 亮点成果 利用胚胎干细胞建立非人灵长 类类胚胎模型 胚胎着床至原肠运动是发育 的关键时期，相较于啮齿类模式 动物，灵长类着床至原肠运动时 期的研究严重滞后。非人灵长类 拥有与人更为相近的生殖发育和 胚胎发育特点，是研究人类生殖 和胚胎发育的理想动物模型。研 究团队创新性地用非人灵长类胚 非人灵长类类囊胚体外重构和体内外发育潜能研 究模式图 胎干细胞代替人多能干细胞，进 行食蟹猴类囊胚体外诱导。 解析小鼠单神经元树突形态和 轴突投射的关系 在 B 类 先 导 专 项“ 脑 认 知 与类脑前沿研究”的支持下，脑 科学与智能技术卓越创新中心刘 真、孙强研究团队通过比较不同 树突和轴突是神经元整合和 培养状态的食蟹猴胚胎干细胞以 传输信息的基本结构。研究树突 及优化体外诱导体系和方法，高 形态的多样性及其与轴突投射的 效得到了形态上和食蟹猴囊胚非 关系对于理解神经元的信息处理 常接近的类囊胚。并对其体内外 模式有重要意义。 发育潜能进行深入全面的探究和 在 B 类先导专项“脑认知与 评估，首次将非人灵长类的类囊 类脑前沿研究”的支持下，脑科 胚体外培养至着床后原肠胚时 学与智能技术卓越创新中心严军 期。 相 关 研 究 成 果 发 表 在 Cell 研究团队通过全面重构和分析小 Stem Cell 上。 鼠前额叶皮层单神经元的树突和 05 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 轴突形态，发现了一系列新的树突 间分布，建立和分析了前额叶皮层 类型，通过树突 - 轴突联合分析， 神经元类型之间的联接网络。这些 系统揭示了树突和轴突形态的关 研究结果为进一步研究前额叶皮层 系，特定类型的神经元中树突形态 的功能、神经元计算建模、启发 和轴突投射存在一致的变化，并伴 人工智能提供了重要线索和结构基 随着电生理性质的相应变化。最 础。相关研究成果发表在 Nature 后，研究人员利用树突和轴突的空 Neuroscience 上。 重构的前额叶皮层神经元（n=1920）的树突和轴突 究所蔡荣根研究员及天津大学杨 超导量子计算实现黑洞弯曲时 空和霍金辐射模拟 润秋副教授理论实验合作，利用比 特间耦合可调的超导量子芯片，实 在 B 类先导专项“拓扑物态 现了黑洞弯曲时空和霍金辐射模 与量子计算研究”的支持下，项 拟，相关研究成果发表在 Nature 目组成员范桁团队与理论物理研 Communications 上 。 超导量子芯片上的黑洞、弯曲时空耦合强度分布以及部分实验脉冲序 06 统中形成的激子系统中，观察到 激子拓扑序的实验观测 一种新型的零磁场下的玻色子拓 在 B 类先导专项“拓扑物态 扑序的实验证据。该工作首次在 与量子计算研究”的支持下，项目 理论上提出在关联激子系统由于 组成员杜瑞瑞课题组和合作团队 阻挫效应导致强量子涨落进而产 在强关联和具有长程量子纠缠的 新物态研究领域获得重大成果。 生玻色子拓扑序的新机制，系统 他 们 在 砷 化 铟 / 锑 化 镓 (InAs/ 地解释了实验结果。相关研究成 GaSb) 量子阱电子 - 空穴双层系 果在线发表在 Nature 上。 在双层量子阱中的不平衡电子、空穴浓度形成的 moat band moat band 中奇异色散关系的示意图 猴的同倍性杂交起源。黔金丝猴 研究揭示黔金丝猴杂交起源 （Rhinopithecus brelichi） 是 由 在 B 类先导专项“大尺度区 滇金丝猴 / 怒江金丝猴（黑灰色毛 域生物多样性格局与生命策略” 色）的祖先与川金丝猴（金色毛 的支持下，刘建全教授团队与于 色）在约 180 万年前同倍性杂交 黎研究员团队通过比较基因组学、 后产生的新物种。研究人员成功 群体基因组学、分子功能实验等 鉴定到了一系列可能在黔金丝猴 方法，使用团队前期发表的模型 杂交物种形成过程中发挥了重要 与方法鉴定了金丝猴中古老同倍 作用的毛色性状相关候选基因， 性杂交物种形成，揭示了黔金丝 并利用分子实验对其功能分化进 07 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 行了体外验证。黔金丝猴中与毛 的蛇类基因组系统发育框架，表 色相关的多个基因座位上的等位 明蛇类起源于约 1.18 亿年前早白 基因交替继承自两个亲本谱系， 垩纪，其祖先起源于蜥蜴类物种。 使得黔金丝猴产生了黑灰色与金 研 究 揭 示 PTCH1 基 因 编 码 蛋 白 色相间的“马赛克式”毛色。相 的三个氨基酸残基缺失，可能是 关研究成果发表在 Science 上。 蛇类四肢缺失的重要遗传机制之 一。随着四肢缺失，蛇类的体节 数 增 加， 身 体 延 长，FOXC2 和 DLC 基因可能是蛇类身体延长的 重要遗传基础。蛇类为适应身体 延长，左肺退化，控制对称发育 的 DNAH11 和 FXJ1B 基因的丢 失可能是蛇类肺左右不对称发育 的关键原因。 研究还探讨了红外感应蛇类 和穴居的盲蛇类物种特殊表型的 黔金丝猴同倍性杂交物种形成示意图 演化遗传机制，发现与热响应相 关 的 PMP22 基 因 和 与 三 叉 神 经 蛇类起源及表型演化的遗传 机制研究 发 育 相 关 的 NFIB 基 因 的 非 编 码 调控元件的趋同演化是部分蛇类 在 B 类先导专项“大尺度区 感知红外光谱的重要遗传驱动力， 域生物多样性格局与生命策略” 而盲蛇类物种则通过视觉感受 的支持下，成都生物研究所李家 RPGRIP1 基 因 的 丢 失 及 几 丁 质 堂研究团队整合比较基因组学及 酶 CHIA 的快速演化分别发生穴 基因编辑等多学科手段，综合探 居视力退化并适应于专食蚂蚁及 讨了蛇类起源及表型演化的遗传 蚂蚁卵。 机制。团队基于染色体水平蛇类 该研究率先启动了全球尺度 基因组数据集构建了迄今最有力 下的蛇类大规模组学研究，阐明 08 了蛇类的起源及其特殊表型演化 间联署及个体迁移与扩散行为进 的遗传机制。研究对理解脊椎动 行研究，发现金丝猴社会独特的 物演化历史具有重要意义，将推 四层式社会结构：家庭、分队、 动动物演化生物学等相关学科的 群组、社群。通过比较基因组学 发展。相关研究成果在线发表在 的方法，结合系统发育分析检测 Cell 上。 的结果显示，历史上的寒冷事件 促进了亚洲叶猴的能量代谢和神 经 - 激 素调 节相关 基因 受到正选 择，演化出了更加有效的脑、神 经 - 激素调控网络，其中在奇鼻猴 类群中与催产素、多巴胺递质系 统有关的基因改变格外引人注目。 其类群的社会呈现两步式的逐步 聚合模式，从祖先的“一夫多妻” 到形成具有分离 - 聚合特征的类重 层社会，再演化出“家庭”长期 生活在一起的大型重层社会。 蛇类起源及表型演化的遗传机制研究 此项研究整合了动物行为学、 生态学、地质学、比较基因组学 等多学科手段，完整揭示了亚洲 寒冷适应促进亚洲叶猴社会系 统的演化 叶猴复杂社会系统演化的过程、 动力和遗传基础，首次系统性地 灵长类动物具有复杂而多样 揭示了灵长类社会演化之谜。该 的社会结构，是什么样的驱动力 研究建立了“行为 - 生态 - 基因组” 塑造了这种差异？在 B 类先导专 的全新研究范式，对理解包括人 项“大尺度区域生物多样性格局 类在内的灵长类社会行为起源演 与生命策略”的支持下，李保国 化机制提供了新思路，也为动物 研究团队以灵长类物种为研究对 行为学领域的发展开辟了新方向。 象，基于多年野外研究，对秦岭 相关研究成果以封面形式发表在 金丝猴社群内各个组织层面的空 Science 上。 09 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 资料，提出捕捞和水污染这些可 逆的人为影响可通过禁渔和改善 水质等国际或区域的保护工作加 以缓解或改变，但从 19 世纪以来 人类修建的各种大坝中断了鲟鱼 的繁殖洄游路线，是导致目前世 界各地鲟鱼濒危的主要原因。迄 今为止，人工增殖放流收效甚微， 异地保护也只能维持很小的野生 种群规模，已有鱼设施中鲟鱼通 过的成功率小于 2%。国外鲟鱼繁 神经 - 激素调节的适应性变化增强社会亲和力 殖保护有多个成功案例。借鉴国 外通过修建仿自然河流的人工水 鲟鱼保护研究取得新进展 道、实现鲟鱼通过洄游通道到达 水坝上游完成繁殖的成功案例， 在 B 类先导专项“大尺度区 研究人员认为在现有水坝周边建 域生物多样性格局与生命策略” 设仿自然河流的人工水道，或是 的支持下，云南大学谢平研究员 帮助鲟鱼完成繁殖生活史，是拯 团队联合合作者，统计分析了过 救这些珍稀鱼类的最好的办法。 去一个多世纪世界各地鲟鱼保护 相关研究成果发表在 PNAS 上。 鲟鱼繁殖保护的 4 个成功案例及世界上 8 条河流上水坝以及影响的鲟鱼种类 10 揭示植物平衡生长和盐胁迫响 胁迫的遗传调控网络，鉴定到磷 应的分子机制 酸 化 光 敏 色 素 phyB 的 重 要 激 酶 FERONIA（FER）， 解 析 了 一 土壤盐碱化是威胁作物生长 个通过 FER- phyB- PIFs 模块协 和产量、阻碍现代农业可持续性 调植物生长和耐盐性的新机制， 发 展 的 世 界 性 难 题。 在 B 类 先 为培育耐盐稳产作物新品种提供 导专项“植物特化性状形成的分 了重要的遗传改良位点和思路， 子基础及定向发育调控”的支持 具有重要的潜在应用价值。相关 下，分子植物科学卓越创新中心 研 究 成 果 发 表 在 Nature Plants 赵春钊研究团队聚焦植物响应盐 上。 FER 在盐胁迫下调控 phyB 介导的光信号通路的工作模型 成像、基因表达、功能验证以及 揭示植物侧生器官发育和多样 化机制 计算机模拟技术，系统研究了盾 状结构形成和多样化的机制，提 在 B 类 先 导 专 项“ 植 物 特 出了一个简单且具有普适性的计 化性状形成的分子基础及定向发 算机模拟系统。基于该系统，自 育调控”的支持下，植物研究所 然界中发现的绝大多数植物侧生 孔宏智研究团队以毛茛科植物的 器官都能被模拟出来。研究不仅 花瓣为研究材料，综合利用三维 揭示了盾状结构形成和多样化的 11 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 机制，而且进一步强调了计算机 现，强磁场下在没有施加应力的 模拟在生物学研究中的重要性。 表面区域，NiTe2 的自旋极化拓扑 相关研究成果于发表在 Science 表面态发生朗道量子化，产生一 Advances 上。 套清晰的朗道能级。而在施加应 力的区域，朗道能级则在原来的 基础上发生了劈裂，出现多套朗 道能级。进一步观测发现，在受 到单轴应力和剪切应力的表面区 域，NiTe2 分别产生了两套和三套 朗道能级，表明应力能有效调控 NiTe2 拓扑表面态的谷自由度。通 过第一性原理计算，他们进一步 探究了应力调控拓扑表面态谷自 由 度 的 原 因： 应 力 破 坏 了 NiTe2 单晶的晶格旋转对称性，导致拓 扑表面态的谷简并被打破，从而 使朗道量子化衍生出多套朗道能 一个简单且普适的植物侧生器官模拟系统 级。其中，单轴应力部分打破了 NiTe2 晶格的三重对称性，导致拓 扑表面态谷简并也被部分打破， 用应力调控过渡金属硫属化 合物的拓扑表面态及其朗道 量子化 产生两套能级；而剪切应力则完 全打破了 NiTe2 晶格的三重对称 性，导致拓扑表面态的谷简并被 完全打破，从而产生三套朗道能 在 B 类先导专项“功能导向 级。该工作首次实验验证了应力 的原子制造前沿科学问题”的支 对 TMDs 材 料 拓 扑 表 面 态 谷 极 持下，物理研究所高鸿钧院士带 化及其多套朗道量子化的调控作 领的团队实验验证了应力对 TMD 用，拓展了调控具有丰富拓扑物 拓扑半金属材料 NiTe2 的拓扑表 性材料中电子多量子自由度的思 面态量子自由度的调控。他们发 路，有望在基于谷电子学、旋度 12 极化和超导约瑟夫森二极管等量 作用。相关研究成果发表在 Nano 子效应器件的研发领域发挥重要 Letters 上。 用应力调控过渡金属硫属化合物的拓扑表面态及其朗道量子化 10 件记录，为中国黄土可靠年代框架 Be 研究揭示地球轨道偏心 率对地磁场和亚洲季风变化的 影响 的建立及其与全球古气候记录的准 确对比提供了系列关键时间 - 地层 标记。同时，利用 10Be 定量重建 在 B 类先导专项“亚太多尺 了最近 90 万年东亚季风降水变化， 度气候环境变化动力学”的支持下， 发现其具有 ~10 万年偏心率和 ~2 地球环境研究所周卫健院士带领团 万年岁差周期。基于 10Be 获得的 队，利用宇宙成因核素 10Be 产率 地磁场强度与季风降水变化具有共 与地磁场强度成反比的关系，首次 同的 ~10 万年周期，提出地球轨 成功从黄土 10Be 中分离获得第四 道偏心率可能同时影响地球磁场和 纪两个关键地磁极性倒转事件 (B/ 亚洲季风变化的新观点，为揭示轨 M 和 M/G) 在中国黄土中记录的准 道尺度地磁场强度与气候变化的关 确层位，证明它们与全球记录是一 系提供了新证据。相关研究成果发 致的，解决了海陆记录地磁极性倒 表在 Proceedings of the National 转不同步的长期争议；发现了最近 Academy of Sciences of the ~90 万年以来 13 个地磁场漂移事 United States of America 和 13 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 Geophysical Research Letters 科研人员利用 CMIP6 GMMIP 的 上。 亚洲地形数值试验结果研究青藏 高原热力和机械强迫对下游东亚 区域春季云量和大气辐射收支的 影响。结果表明：大地形的热力 强迫会在高原区域引发显著的地 表增暖和低层气旋，在高原中东 部将空气从低层抽吸至中层，有 气候变化可能影响地磁场强度变化机制图 助于中国东南部春季水汽辐合上升 和大量中低云的形成与维持，导致 该区域春季强云辐射冷却效应的产 青藏高原地形强迫对春季东亚 云量和大气辐射收支的影响 生；高原热力强迫的抽吸作用还会 使得云辐射冷却中心朝高原方向 移动。此外，高原的绕流作用会 云对气候系统有着极为重要 增强东亚高空西风急流，在动力上 的作用，云量和大气辐射收支与 大地形紧密相关。青藏高原的热 增强中国东南部及以东海域的云 动力强迫会显著影响下游东亚的 量。研究表明，青藏高原大地形很 环流条件，但目前尚不清楚青藏 大程度上塑造了当前东亚区域春季 高原大地形对东亚云量和大气辐 云量和大气辐射收支的空间分布， 射收支的强度和分布有何影响。 有助于解答中国西南区域常年多云 在 B 类先导专项“亚太多尺度气 的气候现象。相关研究成果发表在 候环境变化动力学”的支持下， Journal of Climate 上。 青藏高原大地形影响春季东亚区域云量示意图 14 预 测 SEP 事 件 在 火 星 表 面 引 起 极端太阳高能粒子事件对火星 不同地点的辐射影响 的辐射风险，服务于未来的火星 探测任务。相关研究成果发表于 在 B 类 先 导 专 项“ 类 地 行 Space Weather 上。 星的形成演化及其宜居性”的支 持下，中国科学技术大学地球和 空间科学学院郭静楠研究团队研 究了历史上的极端太阳高能粒子 （SEP）事件在火星表面引发的 辐射水平。研究发现同一个 SEP 事件到达火表不同位置后，因地 表压强的不同可以引发非常不同 的辐射剂量；这主要是由火星的 大气对 SEP 粒子的屏蔽造成的。 总体来说，在火表的宇航员接收 的 SEP 事件引发的有效辐射剂量 利用天问一号磁强计自主探测 随表面大气压强的增加而减小； 数据开展日冕物质抛射识别和 但其被大气屏蔽的幅度也因事件 演化研究 本身的特征而异。在所研究的极 端事件中，有个别事件引发的有 在 B 类先导专项“类地行星 效辐射剂量已经超过了紧急情况 的形成演化及其宜居性”的支持 辐 射 工 作 人 员 的 剂 量 限 制（100 下，中国科学技术大学汪毓明教 mSv），且都是在火星的奥林匹 授、申成龙教授研究团队利用首 斯山顶（压强最低的情况）。研 批发布的我国首次自主火星探测 究进一步分析了火表的 SEP 辐射 计划“天问一号”环绕器磁强计 水平与 SEP 特性的相关性，并探 （Tianwen-1 MOMAG） 数 据， 讨了其随火星环境和位置的变化 对到达火星的 ICME 事件进行准 规律，最后推导出简单快捷的预 确识别。“天问一号”环绕器搭 测函数，可以用来实时和定量地 载的磁强计提供的大量且准确的 15 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 火星附近行星际磁场数据，对准 研究发现快速 ICME 事件在行星 确识别大尺度行星际结构以及后 际传播过程中受结构性背景太阳 续研究 ICME 对火星空间环境的 风的影响，会发生明显的形变和 影响提供重要基础。除此之外， 扭曲，慢速 ICME 事件也在背景 研究团队还与与英国、德国、奥 太阳风作用下经历先加速后减速 地利等多个国际研究团队合作， 的动力学演化过程。研究成果确 结合多颗卫星的局地数据和日冕 定了“天问一号”环绕期磁强计 仪数据，以及日球层逆风外推时 数据的准确性，强调了背景太阳 间模型（HUXt 模型），对到达火 风在 ICMEs 的行星际动力学和形 星的 ICME 事件在行星际空间中 态演化方面的重要性。相关研究 的动力学演化过程进行细致研究。 成果发表在 ApJS 和 ApJL 上。 2021 年 12 月 28 日 -31 日，“天问一号”卫星和 MAVEN 卫星的局地磁场观测 区海洋物质能量中心形成演化过 揭示了印尼贯穿流水体在印度 洋完整的三维流动路径 程与机制”的支持下，海洋研究 所刘建国研究员团队选择多种热 在 B 类先导专项“印太交汇 带海草为研究对象，结合生态考 16 察、野外原位试验和实验室模拟， 诠释了高温、缺氧等因素导致海 草床资源衰退的机制。 海水富营养化导致海水透明 度和溶氧量下降，短期缺氧虽不 破坏海草光合机构，但长期黑暗 缺氧严重抑制海草呼吸产能和线 粒体向叶绿体内的能量转运，间 接导致受强光抑制损伤的光系统 II 修复所需能量不足，使损伤光系 统 II 难以修复，形成恶性循环严 重阻碍热带海草正常生长发育。 夜晚缺氧抑制海菖蒲光合活性的伤害机制 同时，全球海水高 / 低异常波动也 对栖息于较浅水域热带海草产生 影响，是导致海草床严重退化的 基于人工智能技术的可解释性 构建了 ENSO 预报模型 另一重要原因。热胁迫尤其 36℃ 以上高温也严重威胁热带海草生 存，直接导致光合机构发生损伤， 高光照进一步加剧热胁迫的破坏 在 B 类先导专项“印太交汇 作用。因此在无论异常的海洋热 区海洋物质能量中心形成演化过 浪，还是中午退潮期间的热应激 程与机制”的支持下，海洋研究 与强光耦合作用都极易造成光合 所李晓峰团队基于人工智能技术 活性显著甚至不可逆转地下降。 构建了可解释时空神经网络模型， 上述研究解析了全球海水缺 并 将其 应用 于厄 尔尼 诺 - 南方 涛 氧、温度异常波动与海草床退化 动（ENSO） 预 测 研 究， 此 模 型 之间的关系，为制定热带海草床 对 Niño3.4 指数的有效预报长度 资源有效保护和修复策略提供了重 可 达 22 个 月， 并 利 用 可 解 释 性 要理论依据。相关研究成果发表在 方法从人工智能的角度观察到了 Plant Cell and Environment 上。 全球海洋中与厄尔尼诺现象相关 17 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 的热信号的长期时空变化过程。 半导体研究所骆军委研究团队 这一成果证明了海洋盆地间和对 揭 示 硅 上 In 线 在 光 致 相 变 后 相 流 层 间 的 相 互 作 用 对 于 ENSO 干声子振荡快速衰减的微观机 的预测至关重要。该模型具有广 理。 利 用 含 时 密 度 泛 函 理 论 (rtTDDFT) 方 法 模 拟 了 硅 上 In 线 泛的适用性，对输入输出数据进 (In/Si(111)) 在 激 光 脉 冲 辐 照 下 行修改便可方便地应用于其他海 的动力学过程，在理论上重现了 洋现象的预报。这对研究可解释 实验中观察的半导体相转变为金 的通用的人工智能海洋学模型有 属相的超快过程。他们发现激光 着重要意义。相关研究成果发表 脉冲把硅中的价电子激发到 In 线 在 Ocean- Land- Atmosphere 的 表 面 态 S1 和 S2 导 带， 由 于 Research 上。 S1 和 S2 能 带 来 自 单 个 In 锯 齿 链 上 In dimer 的 成 键 态， 光 激 发形成使该 In dimer 变长的原子 力，驱动 In 原子朝着金属相运动， 在晶格周期下 In 原子的集成运动 形成 CDW 相干 声子 模式，从而 导致结构相变。在转变为金属相 后，S1 和 S2 能带切换为跨越两 个锯齿 In 链上的原子，这种能带 成分的转换导致原子驱动力的方 向旋转约 π/6，阻止了 In 原子在 人工智能模型提取的 ENSO 可预测性来源 CDW 声 子 模 式 中 的 集 体 运 动。 从局域原子驱动力进行解释，为 激光调控硅上 In 量子线相变 的机理 光致相变过程提供了更加简单的 物理图像，为实验调控结构相变 提供了直观的理论指导。相关研 在 B 类 先 导 专 项“ 光 电 融 究 成 果 发 表 在 Physical Review 合与调控前沿研究”的支持下， Letters 上。 18 原子结构、原子受力和光激发电子分布随时间的演化 810 nm。由于能带匹配和界面内 等离激元异质体系近红外区光 谱拓宽 建电场，基于 LSPR 效应产生的 热电子将克服肖特基势垒注入邻近 在 B 类先导专项“光电融合 的高导电 MoS2 导带，MoS2 还作 与调控前沿研究”的支持下，半 为 CdS 光生电子的有效收集平台。 导体研究所王智杰研究团队设计 最终，热电子和光生电子在 MoS2- 了一种基于等离激元纳米金属的三 CdS 界面处共同发挥作用，首次 元 Au NRs@MoS2- CdS 核 壳 结 构半导体异质体系，通过调控 Au 将 CdS 基半导体复合体系的光谱 NRs 的长径比，其纵向局域表面 响应拓宽至近红外区。相关研究 等离子体共振（L- LSPR）吸收峰 成果发表在 Applied Catalysis B: 可覆盖可见光 - 近红外光区 610- Environmental 上。 Au NRs@MoS2-CdS 三元异质体系近红外区光谱拓宽及电荷传输 19 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 发现自旋调控新机理 一种具有低延迟、高非线性和 高开态电流密度的自选通阻变 存储器 在 B 类先导专项“存算一体 基础器件与系统前沿科学”的支持 下，半导体研究所朱礼军团队最近 在 B 类先导专项“存算一体 发现了自旋轨道矩效率随磁性材料 基础器件与系统前沿科学”的支持 中相对自旋弛豫速率快速变化，当 下，微电子研究所刘明院士团队探 交换相互作用为主时最大，当自 索出一种基于 TiN/ TiOxNy/TiOx/ 旋轨道散射为主时趋向于零。该物 NbOx/Ru 结构的非细丝型自选通 理机理是继自旋霍尔效应、界面 阻变存储器，并在 16 层三维垂直 自旋透过率之后的又一重要发现， 结构上实现。该存储器实现了 50 从基础层面补齐了自旋轨道矩的基 倍开态电流密度的提升，并达到了 本物理框架。这一成果为铁磁、亚 高 非 线 性 (>5000)。TiOx 内 部 峰 铁磁和反铁磁体系中千差万别的自 状势垒的形成有效提升了器件的 旋扭矩效率提供了统一的物理理 非线性。此外，第一性原理计算结 解，同时预言优化磁性材料自旋弛 果表明 Nb2O5 的氧空位聚合能为 豫机理可以提高自旋电子器件能 正值，这表明氧空位不容易发生聚 效。相关研究成果发表在 Nature 集，使得器件可以工作在较高的电 Communications 上。 流下而不会发生击穿，从而实现高 的电流密度。由于电流的提升，该 器件的读延迟缩短至 18ns。该工 作为实现具有高速、高密度的 3D VRRAM 提供了可能的途径。相关 研究成果发表在 VLSI 2023 上。 (a) 不同自旋弛豫过程的竞争：交换相互作用与 自旋轨道散射； (b) 自旋轨道散射可忽略和不可忽略情形下，特 定体系的自旋轨道矩效率随自旋 - 磁矩交换相互 作用的自旋弛豫速率（τM-1）的变化关系。 (a) 16 层三维垂直 RRAM 的 TEM 截面图 (b) I-V 特性曲线 20 输。研究发现，通过改变带电粒 中红外频段的反向切伦科夫辐射 子的运动方向，可以不对称地重 在 B 类先导专项“功能纳米 塑反向切伦科夫辐射的分布。此 系统的精准构筑原理与测量”的 外，通过原子制造技术构筑氧化 支持下，国家纳米科学中心戴庆 钼和六方氮化硼范德华异质结， 研究团队提出利用天然晶体中的 能够进一步调控辐射角度和品质 极化激元模式实现反向切伦科夫 因子，从而提升纳米光源的品质。 辐射的创新方案（如图所示）， 这项研究成果有望为解决光频段 在天然氧化钼 I 型双曲频带上实空 反向切伦科夫辐射高效激发的难 间观测到声子极化激元反向切伦 题提供新思路，并为实现光电集 科夫辐射现象，即由金属天线的 成回路中片上光源提供重要材料 等离激元（类比运动的带电粒子） 平 台。 相 关 成 果 发 表 在 Nature 来激发声子极化激元反向辐射传 Communications 上。 极化激元反向切伦科夫辐射示意图 建茹研究团队与谭婷研究团队合 多孔石墨烯覆盖层促进二维材 料层下限域光电催化产氧 作，设计了一种单层多孔石墨烯 覆盖的电催化剂（NiOx/pGr）结 在 B 类 先 导 专 项“ 功 能 纳 构，将其作为表面修饰层显著提 米系统的精准构筑原理与测量” 升了硅基光阳极的光电化学分解 的支持下，国家纳米科学中心宫 水产氧性能。实验和理论结果表 21 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 明，通过优化多孔石墨烯中的孔 的支持下，中国科学技术大学谢 洞尺寸，一方面可平衡界面载流 毅院士团队吴长征、周敏教授团 子传输和传质两个过程促进产氧 队开发了一种超快速、通用且具 反应动力学，另一方面也可为气 有成本效益的超级填充方法来原 体产物提供充分的逃逸通道确保 位构建金属 - 人工界面 - 修饰的 电极结构的稳定性。该工作不仅 Zn 负极。大多数亲锌金属，包括 揭示了在二维材料层下限域催化 Sn、Cu 和 Ag，可用于构建均质 剂中多孔覆盖层结构的重要性， 界面，而对衬底的尺寸、形态或 而且为开发高效稳定的纳米催化 曲率没有任何限制。以 Sn 作为概 剂提供了一种新颖的设计思路。 念验证演示，通过 DFT 理论计算 相 关 研 究 成 果 发 表 在 Advanced 证实了所获得的 Sn@Zn 负极有 Materials 上。 利于均匀的锌成核和锌离子的快 速扩散，形成平整的锌镀层。此 外，为了深入研究 Sn 人工界面对 于电化学锌沉积过程的影响，作 者结合 X 射线吸收谱证实了其人 工界面的构建有利于电化学循环 过程中维持稳定的电极结构。具 有 Sn@Zn 电极的对称电池可以 在 20 mA cm- 2 (5 mAh cm- 2) 的 电流密度下运行超过 900 小时。 无覆盖、单层石墨烯覆盖以及单层多孔石墨烯覆 盖的 NiOx 三种结构电催化剂修饰的硅基光阳极 示意图及其光电催化分解水产氧性能 这种卓越的性能有助于扣式和放 大 的 Sn@Zn//β- MnO2 电 池 具有吸引人的电化学特性。鉴于 电池的简便且具有成本效益的制 超快超填充构造金属人工界面 实现锌电超长循环 造，工作能够有效地设计和探索 用于研究、工业化和商业化目的 在 B 类 先 导 专 项“ 功 能 纳 的锌负极。相关研究成果发表在 米系统的精准构筑原理与测量” Advanced Materials 上。 22 超级填充法原位构建金属 - 人工界面 - 修饰的锌负极示意图 温冰晶体结构的争议。相关研究 原位电镜确认立方冰 成果发表在 Nature 上。 在 B 类先导专项“新一代超 导与拓扑物理学”的支持下，物 理研究所白雪冬研究员团队在分 子分辨水平，通过原位实时地观 察电镜镜筒中的残存水蒸气在近 液氮温度（102 K）的不同衬底上 冷凝结冰的微观动态过程，发现 水在衬底上首先会形成无定形冰， 随后大多会结晶形成纯相的单晶 立方冰。通过大量单颗粒实时追 踪观察统计，该研究团队发现在 同样的低温、低压热力学条件下， 原位透射电镜实验设计及单晶立方冰在石墨烯表 面经过水蒸气冷凝结晶的微观生长过程 水的气相沉积结晶过程优先形成 立方冰，并同时存在六角冰的独 高压制备具有最大结构畸变的 d3 电子材料及其位移型铁电 极化 立形核生长。基于实空间成像， 立方冰内部的常见缺陷也首次被 清晰展示。该研究以直观的实验 证据确认了低温气相沉积过程中 在 B 类 先 导 专 项“ 新 一 代 单晶立方冰的形成过程，澄清低 23 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 超导与拓扑物理学”的支持下， 的最大值；且该反常大的结构畸变 物理所龙有文研究员团队利用 导致 B 位 d3 过渡金属离子沿 c 轴 高压高温实验条件成功制备了 方向发生位移，从而打破通常的“d0 一 种 新 型 d3 电 子 钙 钛 矿 材 料 规则”，在室温下即可形成宏观位 2+ 4+ (Hg0.75Pb0.25) Mn O3， 发 现 该 移型铁电极化，并展示了铁电光伏 材 料 Mn4+O6 八 面 体 畸 变 程 度 达 效应，具有潜在的应用前景。相关 到与典型一级 Jahn-Teller 效应化 研究成果发表在 Physical Review 3 合物同等量级，处于 d 电子材料 Letters 上。 HPMO 中 A 位 (Hg/Pb)2+ 和 B 位 Mn4+ 离子产生的位移型铁电极化 立了描述含多个例外点 / 线的非厄 非厄米多带系统中例外简并的 非阿贝尔拓扑 米体系的理论分析框架，并揭示了 体系的集体行为由辫子群拓扑不变 在 B 类先导专项“新一代超 量决定。此外，该研究团队还提出 导与拓扑物理学”的支持下，物 了在声学腔等实验平台上实现和观 理所陈澍研究员、胡海平特聘研 测这些非阿贝尔拓扑现象的方案。 究员团队基于他们之前建立的关 这项研究不仅让人们更全面地理 于非厄米能带拓扑分类以及关于单 解多带非厄米系统中的非阿贝尔行 个例外点 / 线拓扑分类的同伦群理 为，而且可为声学、光学、冷原子 论，提出了一般普适的具有多个例 等非守恒系统中开展进一步的理论 外点 / 线的非厄米多带体系满足的 和实验工作提供了新的思路。相关 非阿贝尔守恒规则（non- Abelian 研究成果发表在 Physical Review conservation rule），该项工作建 Letters 上。 24 一般参数空间中的非阿贝尔守恒规则 中，脑脊液中的 YKL- 40 水平在 发现大脑健康衰老向阿尔茨 海默病演变的生物标记物 人体正常衰老过程中显著增加，而 HGF，MIF 和 TSP2 则 在 AD 病 在 B 类先导科技专项“衰老 理性衰老异常敏感，提示了脑脊液 的生物学基础和干预策略”的支持 YKL- 40 是健康衰老，而 HGF， 下，中国科学技术大学生命科学与 MIF 和 TSP2 是 AD 病 理 性 衰 老 医学部申勇教授研究团队在大脑衰 的生物标记物。该研究为评估人体 老生物标记物领域取得重要进展。 大脑衰老水平提供了可行的技术手 在该项研究中，研究人员利用动物 段和方法，也为未来靶向衰老胶质 及细胞模型、人脑组织以及临床队 列样本并结合分子生物学和超高 细胞的临床试验疗效提供了评价指 灵敏检测技术等，发现了人脑健康 标。相关研究成果发表在 Journal 衰老以及向阿尔茨海默病（AD） of Neurology, Neurosurgery and 病理性衰老演变的生物标记物。其 Psychiatry 上。 脑脊液衰老生物标记物在正常（A-）和 AD 病理（A+）情况下随年龄增大而变化结果 25 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 是与定位于突触囊泡膜上的关键 补体抑制蛋白调控大脑抑制性 突触传递新机制 SNARE 蛋 白 VAMP2 结 合， 并 促进控制神经递质释放的 SNARE 在 B 类先导科技专项“衰老 复合物的形成，从而发挥“直接” 的生物学基础和干预策略”的支持 调控突触传递功能的作用。此外， 下，中国科学技术大学生命科学与 CD59 分子在诸多神经退行性疾病 医学部申勇教授课题组发现内源性 如阿尔茨海默病和多发性硬化，以 补体抑制蛋白 CD59 的缺失会导 及精神类疾病如精神分裂症的发生 致小鼠海马依赖的空间参考记忆能 发展中均表现出表达异常，本研究 力受损，且特异性地损伤抑制性突 可为后续研究 CD59 在这些临床 触传递功能，而不影响兴奋性突触 相关的神经退行性和精神类疾病中 传递。进一步研究发现，CD59 并 的作用提供基础，为开发治疗方案 不是通过以往报道的补体因子介导 提供新的视角。相关研究成果发表 小胶质细胞修剪突触的方式，而 在 Cell Reports 上。 CD59 缺失导致小鼠海马依赖的空间参考记忆能力受损 research in China）。其中对上 聚焦中国营养研究 海营养与健康研究所林旭研究员 2023 年 6 月，国际权威期刊 的采访相关内容发表在“为何中 《自然》杂志推出了聚焦中国营养 国的膳食变化是公共卫生的隐痛” 研究的专刊（Spotlight: Nutrition （Why China's changing diet is 26 a bellyache for public health） 体营养与代谢研究平台”上开展 一文中。 “百人级精准干预”研究。通过 为了应对“井喷”式增长的膳 在国际上公认的人体能量代谢测 食相关疾病，国际上已开展了多个 量的金标准“人体代谢监测系统” 大规模的针对饮食与健康的临床干 （简称代谢舱）中开展代谢内稳 态评估和后续的精准生活方式干 预研究，但大部分都是在西方国家 预，整合在先导项目资助下已完 中进行的。林旭研究员指出，由于 成的基于代谢内稳态评估的急性 中西方人群在基因和生活方式等方 和慢性社区干预研究中运用的智 面存在较大差异，因而基于西方人 能可穿戴、影像学和多维动态的 群开展的研究结论不能一定能直接 多维组学数据，运用新理念和新 运用于中国人群。 策略建立以内稳态为基础的中国 在 B 类先导专项“多维大数 人群健康评估体系，为我国在相 据驱动的中国人群精准健康研究” 关领域取得国际领先的成果和社 的支持下，林旭团队正在国科大 区精准营养和健康管理方案提供 杭州高等研究院新近启动的“人 关键支撑。 运动能量检测代谢舱 静息能量监测代谢舱 开发新型高通量单细胞多组学 技术 法高效满足上千人队列或者百万 细胞量级的科研或者临床研究。 在 B 类 先 导 专 项“ 多 维 大 数 据 现有的商业化单细胞测序 驱动的中国人群精准健康研究” 技术由于成本高昂等局限，尚无 的支持下，北京基因组研究所蒋 27 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 岚团队基于组合标记技术路线改 活性和免疫受体序列等多模态分 造优化主流液滴微流控平台，开 析。FIPRESCI 具 有 广 泛 的 应 用 发了新型单细胞转录组测序技术 前景，可有力支撑跨器官水平的 FIPRESCI。该技术有效地结合了 大规模参考细胞图谱研究、跨时 间和空间的器官发育研究，针对 SHERRY/TRACE- seq、组合标 大规模健康人和疾病（例如癌症， 签和微流控三方面的优势，简单、 自身免疫，新冠等）的队列细胞 有效、低成本地实现了超高通量 图谱研究，高通量 CRISPR 基因 的单细胞 5’端 RNA 测序，将单 编辑和药物筛选的单细胞分子表 通道细胞通量比现有技术提高十 型刻画研究等。相关研究成果发 倍以上，大幅降低成本。该技术 表 在 Genome Biology 上， 并 申 适用于单细胞转录组、调控元件 请国内外发明专利。 FIPRESCI 实验流程图和数据 璟珒研究团队合作，揭示了痢疾 揭示 GSDMB 膜打孔介导细 胞焦亡的结构基础和调控机制 杆菌效应蛋白 IpaH7.8 特异性识 别 GSDMB 与 GSDMD 两 种 焦 在 B 类先导专项“生物大分 亡执行蛋白的结构基础，并破解 子复合体结构与功能的跨尺度研 了 GSDMB 可 变 剪 切 调 控 细 胞 究”的支持下，生物物理研究所 焦亡活性的精确分子机理。该项 客座研究员、北京生命科学研究 研究成果已发表在国际权威杂志 所邵峰院士团队与生物物理所丁 Nature 上。 28 痢疾杆菌可分泌效应蛋 白 lpaH7.8 介 重对称孔道的高分辨率冷冻电镜 道 GSDMB 与 结 构， 阐 明 了 GSDMB 识 别 酸 GSDMD 两种焦亡执行蛋白的泛 性磷脂、发生构象变化并寡聚成 素化降解，逃逸宿主的天然免疫防 孔的结构基础，更重要的是发现 御。本研究首先解析了 IpaH7.8- 了 6 号外显子形成的结构元件对 GSDMB 复合物的晶体结构，阐 GSDMB 寡聚组装形成分子孔道 释 了 IpaH7.8 通 过 其 LRR 结 构 是不可或缺的，澄清了 GSDMB 域识别 GSDMB 的膜打孔结构域 没有细胞焦亡活性的错误认识， 的分子机制，并以同样的机制识 指 出 GSDMB 不 同 亚 型 是 研 究 别人源 GSDMD。研究进一步发 GSDMB 生理功能必需考虑的重 现 了 GSDMB 不 同 的 蛋 白 亚 型 要因素，首次破解了 GSDMB 通 具有不同的膜打孔能力和细胞焦 过转录水平的可变剪接调控细胞 亡 活 性。 通 过 解 析 GSDMB 27 焦亡活性的精确分子机理。 IpaH7.8 识别和降解焦亡蛋白的分子基础，以及 GSDMB 可变剪接调控细胞焦亡活性的精确分子机理 研究”的支持下，生物物理研究 发现一种病原微生物逃逸植物 免疫新机制精准光电联用系统 所王艳丽研究团队与英国塞恩斯 伯里实验室马文勃研究团队共 在 B 类 先 导 专 项“ 生 物 大 同 合 作， 首 次 发 现 多 种 疫 霉 属 分子复合体结构与功能的跨尺度 (Phytophthora) 病 原 微 生 物 可 29 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 以向植物宿主细胞分泌一类可以 疫霉效应蛋白 PSR2 为研究对象， 挟 持 内 源 PP2A 核 心 酶 的 WY1- 解 析 了 2.3 埃 的 PSR2- PDF1 (LWY)n 效 应 蛋 白。 该 类 效 应 蛋 二 元 复 合 物 晶 体 结 构， 揭 示 了 PSR2 与 内 源 PP2A 的 A 亚 基 白可以有效竞争掉内源全酶中的 (PDF1) 的相互作用机制。疫霉属 B 亚基 , 并模拟内源 B 亚基的功能， (Phytophthora) 的感染是全球植 以一种非传统型全酶形式干扰宿 物健康和粮食安全的主要威胁， 主细胞的免疫防御过程，使得病 该研究的发现可以为植物病原菌 原菌更易侵染植物。 防御提供重要理论支持。相关研 该研究利用晶体学手段，以 究成果发表在 Cell 上。 PDF1（1-390）-PSR2（59-670）二元晶体复合物结构和效应蛋白挟持宿主 PP2A 核心酶示意图 专项管理 专项首席、海洋所所长王凡研究 中印尼海洋牧场项目年会顺利 召开 员，印尼国家研究创新署地球科 学 与 海 洋 学 院 院 长 Ocky Karna 在 B 类先导专项“印太交汇 Radjasa 教授及海洋研究中心所 区海洋物质能量中心形成演化过 长 Udhi Hernawan 教 授 出 席 会 程与机制”的支持下，中印尼海 议并致辞。中国驻印尼使馆一秘 洋牧场项目年会在印尼万隆召开， 付俊生博士、二秘易先亮博士， 30 中科院海洋所及印尼国家研究创 热带海藻生产的研究、生物多样 新署海洋研究中心等相关人员参 性的初步研究及未来合作进行报 加 了 会 议。Dirhamsyah 教 授 对 告及讨论。 海洋牧场项目的实施方案、项目 王凡所长此行与印尼国家研 管理、运行经费等情况进行了详 究创新署署长 Handoko 博士进行 细介绍。专项骨干成员于仁成研 重要会谈。Handoko 博士表示， 究员重点介绍了中印尼双方的合 中印尼两国具有良好的国际合作 作进展，落实中印尼双方开展项 基础，科学院与创新署的科技合 目联合海洋科考细节，并期待在 作在疫情背景下持续进展，我们 龙目岛的海洋牧场项目顺利进行。 将继续支持开展联合航次，加深 双方科研人员就物种验证、 机构间合作，大力开展人员交流 海洋牧场示范、刺参的选育与养 和研究生培养。王凡所长表示未 殖、海洋牧场监测与环境安全系 来双方将继续深化科技、海洋等 统、海洋牧场海域耦合数值模拟、 领域合作，期待双方共同努力， 观测浮标的搭建、龙目岛海洋牧 进一步推动中印尼海洋合作，构 场和海藻养殖、海洋牧场环境安 建蓝色经济伙伴关系，为两国全 全系统、印尼水产养殖生物群和 面战略伙伴关系作出新的贡献。 中印尼海洋牧场项目年会 31 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 国际动态 斯拉的磁铁）；一组比临床 MRI 迄今最清晰鼠脑图像发布 强 100 倍的特殊梯度线圈，其有 美 国 科 学 家 在 4 月 17 日 出 助于生成大脑图像，以及一台相 版的《美国国家科学院院刊》上 当于近 800 台笔记本电脑的高性 刊发论文指出 1，在核磁共振成像 能计算机。 （MRI）技术问世 50 周年之际， 约翰逊团队使用名为光片显 他们将小鼠大脑图像的分辨率提 微镜的技术对小鼠的大脑组织成 高 了 6400 万 倍， 新 图 像 中 单 个 像，这一技术使他们能够标记大 体素（三维像素）只有 5 微米。 脑中的特定细胞（如多巴胺释放 这一成果有助科学家更好地了解 细胞）群，以观察帕金森病的进展。 人脑的状况，如随着年龄的增长， 随后他们将光片照片映射到原始 阿尔茨海默病等神经退行性疾病 MRI 扫描图片上，得到了综合的 的出现，人脑会发生何种变化。 小鼠全脑数据图像，这使他们能 以前所未有的方式观察大脑的微 研究论文主要作者、杜克大 观奥秘。 学艾伦·约翰逊教授表示，尽管 最新研究观察的是小鼠脑而非人 如一组综合 MRI 图像显示了 脑，但精细的核磁共振成像提供 大脑连接随小鼠年龄增长的变化， 了一种重要的新方法，能以破纪 以及特定区域（如与记忆有关的 录的分辨率可视化整个大脑的连 海马下托）的变化。另一组图像 接，让人们能以全新的方式看待 则展示了彩虹色的大脑连接，突 神经退行性疾病。 出了阿尔茨海默病小鼠模型中神 经网络的显著退化。 最新研究使用到的关键组件包 括强度高达 9.4 特斯拉的磁铁（大 研究人员希望借助最新技术， 多数临床 MRI 主要使用 1.5- 3 特 更好地理解罹患某些人类疾病（如 亨廷顿舞蹈症、阿尔茨海默病和 其他疾病）的小鼠模型，以便更 1 https://today.duke.edu/2023/04/brainimages-just-got-64-million-times-sharper 透彻地理解类似疾病在人类身上 32 如何出现以及变化。 崖峭壁、撞击坑和尘埃带在内， 均捕捉到了“令人着迷的”细节。 迄今最高清火星“肖像”绘出 自 从 MRO 于 2006 年 抵 达 火星以来，CTX 几乎记录了这颗 据美国国家航空航天局 红色星球的全貌，这成为科学家 2 （NASA）4 月 5 日消息 ，美国 们绘制图像的最佳起点。 加州理工大学布鲁斯·默里行星 为了创建图像，研究人员开 可视化实验室的一个小组公布了 发了一种算法，根据 CTX 相机所 有史以来分辨率最高的火星全球 捕获的特征来匹配图像，并将算 “ 肖 像”， 高 达 5.7 万 亿 像 素 的 法无法匹配的剩余 13000 张图像 图像提供了火星一览无余的黑白 手动拼接在一起。图像中剩下的 外观。 空白代表了 CTX 还没有成像的火 星部分，或者被云层或灰尘遮挡 的区域。 科学家花了 6 年时间和数万 个小时来合成这幅图像。现在， 公众可通过 NASA 的行星数据系 统免费获取这些数据，探索火星 “生动的细节”。 火星撞击坑图像 NASA 新闻稿称，这幅图像 最酷的特点之一是突出了整个星 这张巨大的互动式“拼图”， 球上的撞击坑，可让观众看到火 由 NASA 火星勘测轨道器（MRO） 星的“伤痕累累”。 上的上下文相机（CTX）拍摄的 超过 11 万张单独图像组成。图像 首个果蝇细胞衰老图谱公布， 揭示体内不同细胞如何老化 覆盖了南纬 88 度到北纬 88 度之 间的 99.5% 的火星表面，包括悬 了解身体如何衰老是一个重 2 https://www.nasa.gov/feature/jpl/newinteractive-mosaic-uses-nasa-imagery-toshow-mars-in-vivid-detail 要的研究领域。美国贝勒医学院、 斯坦福大学等机构研究人员在《科 33 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 学》上发表了首个果蝇细胞衰老 官中单个细胞的基因表达变化， 图谱（AFCA）3，详细描述了果 并将结果与幼果蝇（5 天大）的结 蝇中 163 种不同细胞类型的衰老 果进行比较。他们检查了 4 种不 过程。 同的衰老特征：细胞组成变化、 分析表明，体内不同细胞的 差异表达基因数量、表达基因数 年龄不同，每种细胞类型的衰老 量的变化和细胞身份的下降。结 过 程 都 遵 循 特 定 的 模 式。AFCA 果发现，随着果蝇年龄的增长， 为衰老研究提供了宝贵的资源， 这些特征会根据不同细胞类型的 将作为研究衰老和年龄相关的疾 特定模式作为一个整体发生变化。 病，以及评估抗衰老策略成功与 4 种老化特征中的每一种都测 否的参考。 量细胞的不同方面，并且没有一 该研究详细分析了果蝇在实验 种特征适用于所有细胞类型。结 室自然老化时单个细胞类型的几种 合所有衰老特征，研究人员发现 生物学特征。果蝇是研究人类疾病 了独特的细胞类型特异性衰老模 的著名模型。大约 75% 的与人类 式，将它们进行比较后，可以揭 疾病相关的基因在果蝇中具有功能 示一些有用且有趣的发现。例如， 相似的对应物。研究人员称，新图 大脑中的神经元衰老缓慢，而肌 谱为更好地了解衰老生物学提供了 肉、脂肪和肝细胞衰老得更快。 强大的开放获取资源。由于这些基 此外，细胞类型特定的衰老模式 因中的大多数在人类中具有相似作 可能因性别而异。 用，因此该数据集提供了一个有利 视角，帮助解释为何人类晚年会出 运动纤毛轴丝的完整原子结构 并辅助纤毛病临床诊治 现多种严重疾病。 随着果蝇年龄的增长，研究 人员分别在其 30 天、50 天和 70 纤毛（cilia）是真核细胞表面 天（后者相当于人类 80 岁）时取 一类凸起的细胞器，普遍存在于高 样。在每个时间点，他们都进行 等生物几乎所有细胞中，在细胞 了单核 RNA 测序，以分析不同器 运动，胚胎发育，信号转导等过 程中发挥重要作用。纤毛表面覆 盖有细胞膜，中央是基于微管的 3 https://www.sciencedaily.com/ releases/2023/06/230615183130.htm 骨架结构，称为轴丝（axoneme）。 34 运动纤毛的轴丝为经典的“9+2” 联体复合物的冷冻电镜结构，鉴 结构，包括九根双联微管（DMT）、 定了多个精子特异的微管结合蛋 两根中心微管及数百种附属蛋白 白，并由此发现了一类新型的弱 质，其直径约 200 纳米，长度大 精症亚型。该工作为理解精子运 于 5 微米，是真核细胞内最复杂 动的结构基础以及相关男性不育 的分子机器之一。运动纤毛的生 症的诊断和治疗提供了重要线索。 长和运动由几百种蛋白质精密协 6 月 15 日，荷兰乌得勒支大学的 作来完成，相关基因突变和结构 Tzviya Zeev-Ben- Mordehai 团 异常可引起原发性纤毛运动障碍 队合作在 Cell 期刊上发表论文， 症（PCD）和精子鞭毛多发形态 展示了来自海胆和牛精子的天然 异 常（MMAF） 等 疾 病。 近 期， 轴突双微管的高分辨率结构，鉴 国际上连续发表了多篇研究论文， 定 出 60 多 种 修 饰 精 子 DMTs 的 解析了纤毛轴丝的高分辨率结构。 蛋 白 质； 至 少 有 15 种 与 精 子 有 2023 年 5 月 31 日， 哈 佛 关，16 种与不孕有关。他们分析 医 学 院 Alan Brown 课 题 组 在 了 Tektin 束的进化，发现保守的 Nature 期刊上发表论文 4，解析 轴突微管相关蛋白 (MAPs) 具有 了莱茵衣藻和人呼吸道纤毛轴丝 独特的微管蛋白结合模式，还发 的冷冻电镜结构，结合 AI 辅助结 构预测和原子建模手段构建了轴 现了一种睾丸特异性丝氨酸 / 苏氨 丝的全原子模型，揭示了近 200 酸激酶，该激酶将 DMTs 与哺乳 种蛋白质组装成轴丝并调控纤毛 动物精子中的外层致密纤维联系 运动的结构基础；进一步解析了 起来。本研究为在分子水平上理 四种不同基因突变 PCD 病人来源 解精子的进化、运动和功能障碍 的纤毛轴丝结构，阐明了相关突 提供了结构基础。 变致病的分子机制。6 月 8 日，西 湖大学生命科学学院吴建平团队 合作在 Cell 上发表论文，首次解 析了小鼠和人的精子鞭毛微管二 4 https://www.nature.com/articles/s41586023-06140-2 小鼠与人精子微管二联体结构 35 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院前沿科学与教育局 中国科学院文献情报中心 中国科学院文献情报中心 地址 : 北京三里河路 地址：北京三里河路 5252 号号 邮编 : 100864 邮编：100864 电话 : 68597354 电话：68597369 邮箱 : 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