1月10日，記者從中國科協(xié)獲悉，中國科協(xié)生命科學(xué)學(xué)會(huì )聯(lián)合體公布2021年度“中國生命科學(xué)十大進(jìn)展”評選結果，8個(gè)知識創(chuàng )新類(lèi)和2個(gè)技術(shù)創(chuàng )新類(lèi)項目成果入選。

 

　　2021年度“中國生命科學(xué)十大進(jìn)展”分別為：從二氧化碳到淀粉的人工合成、脊椎動(dòng)物從水生到陸生演化的遺傳創(chuàng )新機制、新型冠狀病毒逃逸宿主天然免疫和抗病毒藥物的機制、轉錄起始超級復合物組裝機制、提高中晚期鼻咽癌療效的高效低毒治療新模式、異源四倍體野生稻快速從頭馴化、冠狀病毒的跨種識別和分子機制、揭開(kāi)鳥(niǎo)類(lèi)長(cháng)距離遷徙之謎、干涉單分子定位顯微鏡、全腦單神經(jīng)元多樣性研究及信息學(xué)大數據平臺。

　　據介紹，本次入選項目具有原創(chuàng )性突出、社會(huì )意義重大的特點(diǎn)。其中，知識創(chuàng )新類(lèi)項目“從二氧化碳到淀粉的人工合成”，在國際上首次實(shí)現了二氧化碳到淀粉的人工全合成，將在下一代生物制造和農業(yè)生產(chǎn)中帶來(lái)變革性影響；知識創(chuàng )新類(lèi)項目“新型冠狀病毒逃逸宿主天然免疫和抗病毒藥物的機制研究”和“冠狀病毒的跨種識別和分子機制”對當今國際社會(huì )復雜的抗疫形勢有重大意義；技術(shù)創(chuàng )新類(lèi)項目“干涉單分子定位顯微鏡”為開(kāi)辟新的交叉學(xué)科研究領(lǐng)域奠定基礎。

　　據悉，中國科協(xié)生命科學(xué)學(xué)會(huì )聯(lián)合體自2015年起開(kāi)展年度“中國生命科學(xué)十大進(jìn)展”評選工作，已連續開(kāi)展7年，旨在推動(dòng)生命科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng )新，充分展示和宣傳我國生命科學(xué)領(lǐng)域的重大科技成果。每年公布評選結果后，邀請入選項目專(zhuān)家編寫(xiě)和出版科普書(shū)籍，并舉辦交流會(huì )暨面向青少年的科普報告會(huì )，向公眾揭示生命科學(xué)的新奧秘，為生命科學(xué)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)、醫學(xué)新突破和生物經(jīng)濟的發(fā)展提供新的思路，極大提高了生命科學(xué)和相關(guān)技術(shù)的社會(huì )影響力。

　　2021年度中國生命科學(xué)十大進(jìn)展 

　　1、從二氧化碳到淀粉的人工合成 

　　淀粉是糧食最主要的成分，也是重要的工業(yè)原料。中國科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所聯(lián)合大連化物所等單位，抽提自然光合作用的化學(xué)本質(zhì)，從頭設計創(chuàng )建了從二氧化碳到淀粉合成的非自然途徑，解決了途徑代謝流從頭計算、關(guān)鍵酶元件設計組裝、生化途徑精確調控等科學(xué)問(wèn)題，以生物催化與化學(xué)催化耦合的11步反應，顛覆了自然光合作用固定二氧化碳合成淀粉的復雜生化過(guò)程，在國際上首次實(shí)現了二氧化碳到淀粉的人工全合成，能效和速率超越玉米等農作物，突破了自然光合作用局限，為淀粉的車(chē)間制造打開(kāi)了一扇窗，并為二氧化碳原料合成復雜分子提供了新思路。在國際上引起強烈反響，被認為是一項里程牌式突破，將在下一代生物制造和農業(yè)生產(chǎn)中帶來(lái)變革性影響。

　　該成果發(fā)表在《科學(xué)》（Science，2021，373(6562):1523-1527）。

　　2、脊椎動(dòng)物從水生到陸生演化的遺傳創(chuàng )新機制 

　　4億多年前脊椎動(dòng)物從水生到陸生是包括人類(lèi)在內的陸生脊椎動(dòng)物演化史上的重大事件，但長(cháng)期以來(lái)對這一重大事件的遺傳創(chuàng )新機制知之甚少。

　　西北工業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院王文、王堃團隊與中科院水生生物研究所何舜平和昆明動(dòng)物所張國捷等團隊合作，發(fā)現硬骨魚(yú)祖先已進(jìn)化出了陸生適應性相關(guān)的初步遺傳基礎，在肺魚(yú)代表的肉鰭魚(yú)內得到進(jìn)一步加強，到四足動(dòng)物最終完善而成功登上了陸地。Science報道該成果揭示了“隱藏在現生魚(yú)類(lèi)中水生到陸生演化的遺傳奧秘”；瑞典科學(xué)院院士Per Alhberg教授撰文指出該項成果克服了化石研究難以研究軟組織器官和生理學(xué)問(wèn)題的挑戰，美國科學(xué)院院士、國際著(zhù)名脊椎動(dòng)物登陸研究專(zhuān)家Neil Shubin撰文指出該成果為理解脊椎動(dòng)物水生到陸生的研究“提供了關(guān)鍵認知和長(cháng)久期待的數據”。

　　該成果兩篇研究論文以封面故事發(fā)表于《細胞》雜志（Cell，2021，184(5):1362-1376；1377-1391）。

　　3、新型冠狀病毒逃逸宿主天然免疫和抗病毒藥物的機制 

　　新冠病毒肺炎疫情已持續兩年，不斷出現的突變株對發(fā)展廣譜藥物提出急迫需求。由病毒復制酶組成“轉錄復制復合體”，負責病毒轉錄復制的全過(guò)程，在各突變株中高度保守，是開(kāi)發(fā)廣譜藥物的核心靶點(diǎn)。

　　清華大學(xué)饒子和院士、婁智勇教授課題組，在國際上首次發(fā)現和重構了新冠病毒轉錄復制機器的完整組成形式。以此為基礎，首次明確了病毒mRNA“加帽”成熟的關(guān)鍵酶分子，回答了冠狀病毒研究中近30年來(lái)懸而未決的問(wèn)題，并且該分子在各突變株中高度保守，在人體中沒(méi)有同源物，為發(fā)展新型、安全的廣譜抗病毒藥物提供了全新靶點(diǎn)。同時(shí)，他們還首次發(fā)現病毒以“反式回溯”的方式對錯配堿基和抗病毒藥物進(jìn)行“剔除”，闡明了瑞德西韋等藥物效果不良的分子機制，為優(yōu)化針對聚合酶的抗病毒藥物提供了關(guān)鍵科學(xué)依據。

　　以上研究成果分別發(fā)表于《細胞》雜志（Cell, 184(1):184-193; Cell, 184(13):3474-3485）。

　　4、轉錄起始超級復合物組裝機制 

　　轉錄起始超級復合物是中心法則中轉錄步驟的核心，對理解基因表達調控和相關(guān)生理病理過(guò)程具有重要意義，一直是國際生命科學(xué)研究的核心和前沿問(wèn)題。

　　復旦大學(xué)徐彥輝團隊解析轉錄起始復合物PIC及其與Mediator（中介體）組成的轉錄起始超級復合物結構的三維結構，系統地展示轉錄機器識別不同類(lèi)型啟動(dòng)子并完成組裝的全過(guò)程，揭示了轉錄為何發(fā)生在幾乎所有基因的啟動(dòng)子上，顛覆了關(guān)于啟動(dòng)子識別和轉錄起始復合物組裝的傳統認識，闡明了Mediator促進(jìn)PIC組裝和轉錄激活的機制。

　　上述成果以2篇研究長(cháng)文發(fā)表于《科學(xué)》雜志（Science 372, eaba8490；Science 372, eabg0635），其中一篇被Science雜志選為封面文章，題目為“轉錄如何起始”。

　　5、提高中晚期鼻咽癌療效的高效低毒治療新模式 

　　鼻咽癌是“中國特色”腫瘤，年新發(fā)病例占全球一半。放療后的全身微小殘留腫瘤是其治療失敗的根源，而由于放療后患者身體狀況差，難以耐受既往高強度的傳統化療（完成率僅約40%-50%），成為制約療效提高的瓶頸。

　　中山大學(xué)腫瘤防治中心馬駿研究團隊提出了小劑量、長(cháng)時(shí)間口服細胞毒藥物卡培他濱的節拍化療模式，其可通過(guò)抗血管生成、殺傷腫瘤干細胞等機制持續抑制腫瘤，同時(shí)提高機體耐受性。馬駿教授通過(guò)牽頭一項多中心、前瞻性臨床研究發(fā)現，在放療后使用“卡培他濱節拍化療”可將失敗風(fēng)險顯著(zhù)降低45%，且嚴重毒副作用發(fā)生率減少了3/5，完成率達74%。同時(shí)卡培他濱口服用藥方便可及，易于向基層推廣。

　　由此，該研究打破了傳統化療的療效瓶頸，建立了鼻咽癌國際領(lǐng)先、高效低毒且簡(jiǎn)單易行的治療新標準。

　　該成果發(fā)表于《柳葉刀雜志》（Lancet, 2021, 398(10297): 303-313）。

　　6、異源四倍體野生稻快速從頭馴化 

　　當前的栽培稻是從祖先二倍體野生稻經(jīng)過(guò)數千年的人工馴化而來(lái)，同時(shí)伴隨著(zhù)遺傳多樣性的降低與優(yōu)異基因的丟失。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋團隊首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，對應對未來(lái)糧食危機提供了新的可行路徑，開(kāi)辟了全新的育種方向。以此策略為藍圖，該項目篩選出一份四倍體高稈野生稻資源，建立了高效的組培再生、遺傳轉化與基因編輯體系，組裝了高質(zhì)量參考基因組，并成功創(chuàng )制了改良落粒性、芒性、株高、粒長(cháng)、莖稈粗度、生育期等不同類(lèi)型的四倍體水稻新材料，突破了全部技術(shù)瓶頸，證明異源四倍體野生稻快速從頭馴化策略高度可行。未來(lái)四倍體水稻新作物的成功培育將有望對世界糧食生產(chǎn)帶來(lái)顛覆性的革命。

　　該成果發(fā)表于《細胞》雜志（Cell，2021，184(5):1156-1170）。

　　7、冠狀病毒的跨種識別和分子機制 

　　近20年，人類(lèi)遭受了三次由冠狀病毒引發(fā)的重大疫情。大多數感染人的冠狀病毒來(lái)源于動(dòng)物，而我們發(fā)現病毒在人際間傳播往往是滯后的，疾病防控的關(guān)口需要在“時(shí)間”上前移。

　　中國科學(xué)院微生物研究所高福院士團隊建立了高效評估冠狀病毒跨種識別能力的方法，利用這些方法對蝙蝠源性冠狀病毒 RaTG13和穿山甲源性冠狀病毒 GD/1/2019 和 GX/P2V/2017 的跨種傳播潛在風(fēng)險進(jìn)行評估，并闡明其跨種識別的分子機制，研究發(fā)現上述三種冠狀病毒存在跨種傳播的潛在風(fēng)險，提示我們要持續對動(dòng)物源性冠狀病毒進(jìn)行監測，預防新的冠狀病毒引發(fā)疫情，同時(shí)為理解病毒進(jìn)化提供分子基礎。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表于《細胞》雜志（Cell,2021, 184(13):3438-3451.e10）和《歐洲分子生物學(xué)》雜志 （EMBO J, 2021, 41(1):e109962）。

　　8、揭開(kāi)鳥(niǎo)類(lèi)長(cháng)距離遷徙之謎 

　　鳥(niǎo)類(lèi)遷徙是最受關(guān)注的自然奇觀(guān)之一。遷徙路線(xiàn)的形成過(guò)程、維持機制和在氣候變化下的未來(lái)趨勢，以及遷徙策略的遺傳基礎，一直是學(xué)界的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　中國科學(xué)院動(dòng)物研究所詹祥江團隊歷時(shí)12年，通過(guò)整合多年衛星追蹤數據和種群基因組信息，建立了一套大陸尺度的的北極游隼（Falco peregrinus）遷徙研究系統。研究人員闡明了氣候變化在鳥(niǎo)類(lèi)遷徙路線(xiàn)形成、維持及未來(lái)變化趨勢中的驅動(dòng)作用，發(fā)現一個(gè)和記憶能力相關(guān)的基因ADCY8在遷徙距離更長(cháng)的游隼種群中受到正選擇，揭示了長(cháng)時(shí)記憶可能是鳥(niǎo)類(lèi)長(cháng)距離遷徙的重要基礎。該研究全面結合遙感衛星追蹤、基因組學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等新型研究手段，展現了學(xué)科交叉型的創(chuàng )新性研究在回答重大科學(xué)問(wèn)題中的關(guān)鍵作用。

　　該成果以封面文章發(fā)表于《自然》雜志（Nature，2021，591(7849):259-264），并被《自然-生態(tài)進(jìn)化》雜志評為12項年度回顧工作之一。

　　9、干涉單分子定位顯微鏡 

　　細胞的生理過(guò)程是由納米尺度的生物分子執行的，因此對生命活動(dòng)更深入的理解需要納米分辨率的成像技術(shù)。中國科學(xué)院生物物理研究所徐濤院士組和紀偉研究組組成的技術(shù)攻關(guān)團隊，一直聚焦于突破光學(xué)顯微成像分辨率的研究，前期發(fā)展的ROSE顯微鏡把側向（X-Y）分辨率提高到納米水平（Nature Methods，2019），基于干涉定位創(chuàng )新原理又研制出ROSE-Z顯微鏡，進(jìn)一步突破了軸向（Z）分辨率，可解析納米尺度的亞細胞結構，為生命科學(xué)研究提供了有力工具。該研究表明光學(xué)顯微鏡已經(jīng)步入納米分辨率時(shí)代，我國科學(xué)家在該領(lǐng)域具備多學(xué)科交叉技術(shù)創(chuàng )新能力，研制的具有自主知識產(chǎn)權的新型超分辨成像設備處于國際領(lǐng)先地位。

　　該成果發(fā)表于《自然-方法》雜志（Nature Methods，2021，18:369-373）。

　　10、全腦單神經(jīng)元多樣性研究及信息學(xué)大數據平臺 

　　單神經(jīng)元精度全腦圖譜，對理解大腦至關(guān)重要。東南大學(xué)腦科學(xué)與智能技術(shù)研究院彭漢川、顧忠澤、謝維團隊建立了世界上首個(gè)完整的全腦單神經(jīng)元分辨率大數據和信息學(xué)平臺并應用于全鼠腦研究，針對神經(jīng)元的全腦三維影像數據進(jìn)行高通量神經(jīng)元重建，全腦映射以及智能數據挖掘，并基于此平臺生產(chǎn)了目前世界上數目最大的單細胞神經(jīng)元形態(tài)數據集，首次揭示了長(cháng)程投射規則和分子水平基礎上的神經(jīng)元形態(tài)亞類(lèi)多樣性，對研究大腦細胞分型和功能、腦連接環(huán)路、全腦大規模模擬、類(lèi)腦計算、基于生物腦的新型人工智能算法和系統等會(huì )持續產(chǎn)生重要作用。本成果實(shí)現了首個(gè)軟硬件結合的PB級超大規模腦大數據平臺和首個(gè)完整的單細胞形態(tài)數據生產(chǎn)流水線(xiàn)，定量證明了完整單細胞解剖學(xué)分析對神經(jīng)細胞類(lèi)型鑒定至關(guān)重要。