传奇 | 2天，中国学者发表了11篇Science/Nature，在生命科学/材料学等领域取得重大进展

【1】硅藻是海洋主要的浮游生物之一，贡献了地球上每年原初生产力的20%左右，且在生物地球化学循环中起着重要作用，这都与其光系统II（PhotosystemII，PSII）以及外周捕光天线的功能密切相关。不同于绿藻和高等植物，硅藻PSII的外周捕光天线是结合了岩藻黄素和叶绿素a/c的蛋白（FucoxanthinChl a/c binding proteins，FCPs），具有强大的蓝绿光捕获能力和快速光适应能力。然而硅藻FCPII天线蛋白与PSII核心复合体的结合方式，以及它们之间的相互作用机制并不清楚，因此硅藻PSII-FCPII超级复合体的能量传递、转换和光保护机制也未得到阐明。2019年8月2日，清华大学清华大学生命学院隋森芳，中国科学院植物所匡廷云及沈建仁共同通讯在Science 发表题为“The pigment-protein network of a diatom photosystem II–lightharvesting antenna supercomplex”的研究论文，该研究报道了来自中心硅藻-角毛藻（Chaetoceros gracilis）的光系统II（PSII） – 岩藻黄素（Fx）叶绿素（Chl）a / c结合蛋白（FCPII）超复合物的冷冻电子显微镜结构。 超复合物包含两个原体，每个原体在PSII核心周围具有四个四聚体和六个单体FCPII，其在腔表面含有五种外源氧进化蛋白。该结构揭示了巨大的色素网络的排列，有助于硅藻中有效的光能收集，转移和消散过程。该成果是该合作团队在前期红藻、绿藻的光合膜蛋白结构与功能研究工作的拓展，为阐明硅藻PSII-FCPII超级复合体中独特的光能捕获、传递和转化以及高效的光保护机制提供了重要基础，为揭示PSII复合体的进化演变提供了重要线索。该成果也为PSII的超快动力学、理论计算和人工模拟光合作用研究提供了新理论依据，同时为后续指导设计新型作物、提高作物的捕光和光保护效率提供了新思路（点击阅读）；【2】2019年7月31号，盐对全球植物生长，作物生产和粮食安全都是有害的。过量的盐引发细胞溶质Ca2 +浓度的增加，其激活Ca2 +结合蛋白并上调Na + / H +反向转运蛋白以除去Na +。人们一直认为盐诱导的Ca2 +增加与盐胁迫的检测有关，但传感机制的分子成分仍然未知。深圳大学胡章立及杜克大学Pei Zhen-Ming共同通讯在Nature在线发表题为“Plant cell-surface GIPC sphingolipids sense salt to trigger Ca2+ influx”的研究论文，该研究使用基于Ca2 +成像的正向遗传筛选，分离了拟南芥突变体moca1，并且鉴定MOCA1作为质膜中的糖基肌醇磷酰神经酰胺（GIPC）鞘脂的葡糖醛酸基转移酶。MOCA1是盐诱导的细胞表面电位去极化，Ca2 + spikes，Na + / H +逆向转运激活和生长调节所必需的。 Na +与GIPC结合以门控Ca2 +流入通道。这种盐感应机制可能意味着质膜脂质参与各种环境盐水平的适应，并可用于改善作物的抗盐性。总之，研究结果揭示了植物中的盐感知，强调了GIPCs作为特定类鞘脂的重要性 – 用于调节质膜上的信号传导过程，并强调了各种脂质的功能多样性。 该研究结果还可以为工程抗盐作物提供潜在的分子遗传目标（点击阅读）；【3】2019年7月31号，复旦大学吴施伟团队与华盛顿大学许晓栋团队合作在Nature在线发表了题为“Giant nonreciprocal second-harmonic generation from antiferromagnetic bilayer CrI3”的研究论文。该研究报告了在双层CrI 3中出现的非互易二阶非线性光学效应，证明SHG是一种高度敏感的精细磁序探针，为二维磁体在非线性和非互易光学器件中的应用开辟了可能性（点击阅读）；【4】开发人工智能（AGI）有两种通用方法：计算机科学导向和神经科学导向。由于它们的配方和编码方案存在根本差异，这两种方法依赖于截然不同且不兼容的平台，这阻碍了AGI的发展。一个可以支持普遍的基于计算机科学的人工神经网络以及神经科学启发的模型和算法的通用平台是非常需要的。2019年7月31日，清华大学施路平团队在Nature 在线发表题为“Towards artificial general intelligence with hybrid Tianjic chip architecture”的研究论文，该研究展示了天机芯片，它集成了两种方法，以提供混合，协同平台。天机芯片采用多核架构，可重构构建模块和采用混合编码方案的流线型数据流，不仅可以适应基于计算机科学的机器学习算法，还可以轻松实现脑启动电路和多种编码方案。仅使用一个芯片，研究人员就可以在无人驾驶自行车系统中同时处理多种算法和模型，实现实时物体检测，跟踪，语音控制，避障和平衡控制。该研究预计将通过为更通用的硬件平台铺平道路来刺激AGI的发展（点击阅读）；【5】2019年8月2日，Science 杂志在线刊登了了加拿大英属哥伦比亚大学张跃林实验室和德国哥廷根大学Ivo Feussner实验室题为 “From isochorismate to salicylate: a new reaction mechanism for salicylic acid biosynthesis ”的研究论文。该研究表明拟南芥PBS3蛋白作为氨基转移酶催化异分支酸(ISC)形成异分支酸-谷氨酸加合物(ISC-9-Glu)，随后ISC-9-Glu自发分解形成水杨酸(SA)，打通了SA合成途径的最后一环。【6】营养对健康产生相当大的影响，饮食干预通常用于治疗代谢病因疾病。虽然癌症具有重要的代谢成分，但定义营养是否可用于影响癌症结果的原则尚不清楚。然而，已经确定用药理学试剂或辐射靶向代谢途径有时可以导致受控的治疗结果。相比之下，特定饮食干预是否会影响标准癌症治疗中靶向的代谢途径尚不清楚。2019年7月31日， 美国杜克大学医学院Jason Locasale 团队（高霞博士为第一作者）在Nature杂志上发表了题为“Dietary methionine influences therapy in mouse cancer models and alters human metabolism的”的研究论文 ，该研究表明必需氨基酸蛋氨酸的饮食限制 – 其减少具有抗衰老和抗致肥胖特性 – 通过控制和可重复的单碳代谢变化影响癌症结果。这些发现提供了证据，即有针对性的饮食控制可以特异性地影响肿瘤细胞代谢，从而介导癌症结果的广泛方面；【7】阳离子 – 氯化物协同转运蛋白（CCC）介导膜上的氯离子，钾和/或钠的转运。它们在调节细胞体积，控制上皮细胞的离子吸收和分泌以及维持细胞内氯化物稳态方面具有关键作用。这些转运蛋白是一些最常用处方药的主要靶标。2019年7月31日，斯坦福大学医学院冯亮和廖茂富共同通讯在Nature上发表题为“Structure and mechanism of the cation-chloride cotransporter NKCC1”的研究论文，该研究确定了Na-K-Cl协同转运蛋白NKCC1的冷冻电子显微镜结构，这是一个广泛研究的CCC家族成员。该结构定义了该蛋白质家族的结构，并揭示了细胞溶质和跨膜结构域如何定位以进行交流。结构分析，功能表征和计算研究揭示了离子转运途径，离子结合位点和运输活动的关键残基。这些结果提供了对离子选择性，偶联和易位的见解，并建立了理解CCC的生理功能和解释疾病相关突变的框架；【8】在“魔角”附近的扭曲双层石墨烯中发现相关的电子相，包括莫特类绝缘体和超导，以及它们的现象学与高温超导体的有趣相似性，促使了大量的研究发现潜在的物理机制。局部光谱能够获得光谱函数的对称性和空间分布，可以为解开这个难题提供必要的线索。2019年7月31日，罗格斯大学Eva Y. Andrei与罗格斯大学/中国科学院大学毛金海共同通讯在Nature 发表题为“Charge-order and broken rotational symmetry in magic angle twisted bilayer graphene”的研究论文，该研究使用扫描隧道显微镜和光谱在“魔角”扭曲双层石墨烯，以可视化状态和电荷分布的局部密度。掺杂样品以部分填充扁平带，低温传输测量显示相关电子相的出现，该研究提供了更深层次的证据这些系统的现象学背后的联系；【9】魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）中超导和绝缘状态的发现引起了人们对理解这种化学材料中电子相互作用性质的浓厚兴趣。MATBG作为掺杂函数的传输特性类似于高转变温度的铜氧化物和其他非传统超导体，这表明MATBG可能是一个高度相互作用的系统。然而，MATBG中没有直接的实验证据表明存在强烈的多体相关性。2019年7月31日，美国普林斯顿大学Ali Yazdani团队（Yonglong Xie第一作者）在Nature在线发表题为“Spectroscopic signatures of many-body correlations in magic-angle twisted bilayer graphene”的研究论文，该研究使用扫描隧道显微镜获得的高分辨率光谱测量，其提供了作为载流子密度的函数的证据。MATBG显示出不同的光谱特性，可归因于各种掺杂水平的电子 – 电子相互作用，包括在该系统中出现超导性的那些。该研究结果证明了多体相关在理解MATBG特性中的关键作用。【10】有机 – 无机钙钛矿太阳能电池的稳定性受到氧和水降解的限制。2018年8月2日，美国北卡罗来纳大学教堂山分校Huang Jinsong团队在Science 在线发表题为“Stabilizing halide perovskite surfaces for solar cell operation with wide-bandgap lead oxysalts”的研究论文，该研究表明钙钛矿与硫酸盐或磷酸盐离子的原位反应可以产生薄的，强键合的铅氧化物层，保护缺陷部位。该层还提高了电荷载流子寿命，从而使功率转换效率超过20％。封装的器件在65°C的实际操作温度下，通过模拟太阳辐射保持了约97％的效率，持续近2个月。【11】热电材料具有大的Peltier效应，使其对固态冷却应用具有吸引力。几十年来，碲化铋（Bi2Te3）合金一直是最先进的室温材料。然而，由于需要大量昂贵的碲，成本部分地限制了热电冷却装置的更广泛使用。2018年8月2日，休斯顿大学 Zhifeng Ren与麻省理工学院陈刚共同通讯在Science 发表题为“High thermoelectric cooling performance of n-type Mg3Bi2-based materials”的研究论文，该研究报告了基于n型镁铋（Mg3Bi2）的材料，其品质因数（ZT）在350开尔文时为~0.9，与商业碲化铋（Bi2Te3-xSex）相当，但便宜得多。该研究的材料和p型碲化铋（Bi0.5Sb1.5Te3）制成的冷却装置在350开尔文的热侧温度下产生了大约91开尔文的温差。 n型Mg3Bi2材料有望用于热电冷却应用。
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