多项重要成果!中国科学家一天连发3篇Science

　　近年来，中国基础研究进步明显，在国际顶尖学术期刊上中国科学家发表的高水平学术论文也越来越多，部分研究领域经常会有重大突破性进展。

　　《自然》(Nature)、《科学》(Science)和《细胞》(Cell)作为目前国际上最顶尖的学术期刊，每期发表文章数量都很少，发表文章基本也代表了相关领域的顶尖研究成果。此前，青塔已经多次报道2018年前5个月中国高校和科研院所发表的部分CNS文章。

　　进入6月份，这种势头依然非常强劲。今天(6月8日)，中国科学家又连发3篇Science，这种情况非常罕见。其中，南京农业大学、中国农科院等合作发表1篇，中科院上海生化细胞所、武汉大学宋保亮研究组与新疆医科大学马依彤合作组等联合发表1篇，中国科学院生物物理所的章新政教授与李梅教授等合作发表1篇。

　　南京农业大学、中国农科院等合作发表一篇Science

　　最近，中国农业科学院副院长、中国工程院院士万建民领衔的科研团队系统解析了水稻粳稻与籼稻杂种不育问题及遗传特性，发现自私基因系统控制水稻杂种不育，并影响稻种基因组的分化。该研究有望解决水稻杂种不育难题。相关研究成果6月8日在线发表于《科学(Science)》期刊。

　　自私基因是指双亲杂交后，父本或母本中能控制其自身的DNA片段优先遗传给后代的基因。它使亲本自身的遗传信息能更多、更快地复制，并能更多地传递给子代，其遗传不符合孟德尔遗传规律。2017年《科学(Science)》曾报道了小鼠和线虫自私基因的非孟德尔遗传现象。这些研究表明在动物中自私基因驱动了基因组的进化，并影响了物种自身的稳定性。但关于植物的相关研究尚未有任何报道。

　　杂交稻对解决我国粮食安全问题作出了巨大贡献。但如何进一步提高杂交稻的产量，急需寻找新的技术途径。研究表明，水稻籼粳亚种间杂交稻比目前的杂交稻能进一步提高单产15%-30%，但籼粳杂种存在半不育的问题，严重制约了籼粳杂交稻产量的提高。万建民院士团队在解决这一难题上取得了突破性进展。

　　研究发现，水稻杂种不育性受水稻自私基因位点qHMS7的控制，并发现水稻包含三个紧密连锁的基因ORF1、ORF2和ORF3，其中ORF1基因编码一个未知功能的蛋白;ORF2基因编码一个杀配子的毒性蛋白，以母体效应导致花粉死亡;而ORF3基因编码一个解毒蛋白，以配子体效应保护配子，使携带ORF3基因的花粉可育。在“祖先野生稻-普通野生稻-亚洲栽培稻”的演化过程中，ORF1一直被保留，ORF2从没有毒性功能逐步演变成有毒性功能的类型，ORF3是在普通野生稻中由ORF1基因复制产生，并获得解毒功能，在随后的稻种驯化过程中被选择传递到亚洲栽培稻品种。研究表明，粳稻品种同时携带毒性的ORF2和解毒的ORF3，而南方野生稻只含有无毒性的ORF2，在其杂种F1中，携带南方野生稻基因型的花粉因缺乏ORF3保护而死亡，携带粳稻品种基因型的花粉因有ORF3保护而存活，最终导致后代中没有纯合的南方野生稻基因型个体存在，群体分离不符合经典的孟德尔遗传模式。

　　该研究阐明了自私基因在维持植物基因组的稳定性和促进新物种的形成中的分子机制，探讨了毒性-解毒分子机制在水稻杂种不育上的普遍性，为揭示水稻籼粳亚种间杂种雌配子选择性致死的本质提供了理论借鉴。

　　该研究由中国农科院与南京农业大学合作完成，并得到中国农科院科技创新工程的大力支持。

　　中科院上海生化细胞所、武汉大学等联合发表一篇Science

　　论文题目为A LIMA1 variant promotes low plasma LDL-cholesterol and decreases intestinal cholesterol absorption(《LIMA1基因变异减少小肠胆固醇吸收并降低血浆低密度脂蛋白胆固醇水平》)(doi: 10.1126)。武汉大学宋保亮教授和新疆医科大学第一附属医院马依彤教授为共同通讯作者，中国科学院上海生化细胞所张莹钰博士、新疆医科大学第一附属医院付真彦博士、武汉大学生命科学学院魏健博士为共同第一作者。

　　血浆中“低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)”浓度升高是导致心脑血管疾病的主要风险。LDL-C水平受遗传和饮食双重控制，了解人体LDL-C水平的遗传调控机制是疾病诊治和医药研发的先决条件，而目前只有少数影响LDL-C的基因被鉴定出来。不同种族之间LDL-C的含量及冠心病的发病率有很大差异。

　　为揭示新的胆固醇调控基因，宋保亮课题组与马依彤团队合作，在针对新疆人群心脑血管疾病的风险调查中，发现了一个家族性低LDL-C的哈萨克族人家系，通过全基因组外显子测序和基因关联性分析，发现LIMA1基因罕见移码突变(K306fs)与低LDL-C显著相关。深入研究发现，LIMA1特异性表达在小肠上，通过与NPC1L1蛋白(该通路也由宋保亮团队前期工作系统揭示)互作将后者锚定到肌球蛋白Myosin Vb上，从而调控小肠胆固醇的吸收。

　　这项研究为降胆固醇提供了新的药物研发靶点。该研究还有助于理解为什么哈萨克族人虽然消耗较多牛羊肉，但心脑血管疾病患病率低于汉族人群。

　　中科院生物物理所揭示玉米光系统I的结构与捕光复合物I和II超复合

　　在氧合光合作用期间，光系统II(PSII)和I(PSI)串联操作并紧密耦合以允许有效的光驱动电子传输。两种光系统都是含有核心复合物和外围天线系统的多亚基超分子复合物。在光合作用的工厂中，外围天线由集光组件(LHCs)组成。形成PSI-LHCI复合物的LHCIs(含有Lhca载脂蛋白)与PSI核心相关，而LHCII(含有Lhcb载脂蛋白)大部分与PSII核心相连，构成PSII-LHCII复合物。 PSI或PSII的天线系统具有不同的成分组成，因此具有不同的光吸收性质。红色和远红光分别优先刺激PSII和PSI，并且波动的照射可能导致两个光系统的不均匀激发。

　　平衡捕光对高效光合作用至关重要;因此，植物已经在自然环境中不断变化的光照条件下发展了短期和长期的适应。状态转换是在几分钟的时间尺度上发生的短时间响应，并且在光质改变时允许两个光系统之间的能量均衡分布。在状态转换期间，三聚LHCII(由Lhcb1-3的不同组合组成)可逆地被磷酸化和去磷酸化，该过程由质体醌(PQ)的氧化还原状态控制并受叶绿体激酶(STN7)和磷酸酶(PPH1)称为TAP38)在植物中。在状态1中，LHCII主要与PSII相关并将激发能量转移到PSII核心。在有利于PSII激发的光照条件下，PSII的过度激活导致PQ库的减少，STN7激酶的激活以及随后LHCII的N末端区域的磷酸化。一部分磷酸化的LHCII(移动LHCII)在类囊体膜内从PSII横向移动到PSI，形成PSI-LHCI-LHCII超复合物并导致从状态1切换到状态2.移动LHCII作为PSI除了LHCI之外，还增加了向PSI核心转移的能量。在自然光条件下，状态转换对于优化植物生长和适应性是必需的。

　　在16-分辨率下的PSI-LHCI-LHCII超复合物的结构揭示了与LHCI相反侧上的PSI核心相关的单一LHCII三聚体，然而蛋白质 - 蛋白质和LHCII和PSI之间的色素 - 色素相互作用尚不清楚。尽管以前已经解决了植物LHCII的晶体结构，但是在这些结构中没有观察到含有磷酸化位点的LHCII的N-末端尾部。关于磷酸化LHCII如何增强其与PSI的相互作用，这仍然是一个未解决的问题。植物PSI-LHCI包括由14个亚基(PsaA至L，PsaN和PsaO)组成的核心复合物和包含4个组成两个异二聚体(Lhca1-Lhca4和Lhca2-Lhca3)的四个LHCI蛋白的外围天线系统。最近的豌豆PSI-LHCI晶体结构揭示了16个亚基的结构和位置，但在这些结构中未观察到两个植物特异性亚基PsaN和PsaO。完整的PSI-LHCI结构应该能够更好地理解PSI-LHCI复合物内的能量转移。

　　在这项研究中，来自中国科学院生物物理所的章新政教授与李梅教授团队利用冷冻电镜解析的玉米PSI-LHCI-LHCII的结构，揭示了LHCII和PSI之间的识别位点。 PSI子单元PsaN和PsaO分别在PSI-LHCI界面和PSI-LHCII界面处观察到。 每个亚基通过一对叶绿素分子将激发传递给PSI核心，从而揭示天线与PSI核心之间能量转移的前所未见的路径。这些发现阐明了全新的能量传递路径，让我们能更好地了解光合作用这一重要的生化反应。

　　(来源：南京农业大学新闻网、武汉大学新闻网、iNature微信公众号等)