由中国自主研发的风能机器人“极地漫游者”2月8日在南极中山站附近冰盖上“走”出了第一步,这是我国研发的首台基于再生风能驱动的机器人。
 
“极地漫游者”本体长1.8米,高1.2米,宽1.6米,重300公斤,可在风能发电驱动下不间断地昼夜行走,能跨越高度近半米以上的障碍物,并在冰盖复杂地形下进行多传感器融合的自主导航控制以及国内通过卫星链路进行遥控,未来可搭载大气传感器、冰雪取样器、地理地质分析器50公斤的任务载荷等。
 
“极地漫游者”的课题负责人,北京航空航天大学机器人研究所王田苗教授介绍说,这是我国第一台基于再生风能驱动的“极地漫游者”机器人,它随国家第29次南极科考队赴中山站进行科学实验,包括探索在寒冷、极风、地磁干扰大、宇宙射线等极端恶劣危险环境条件下,移动机器人利用环保的再生风能/太阳能驱动下长期进行环境监测任务的可能性,为未来我国建立智能机器人化的无人值守科考站奠定基础。
 
近年来,美国、加拿大、日本等十分重视有关机器人南极科考这方面应用技术的研发,但是我国自主研制的“极地漫游者”机器人在南极开展基于风能发电驱动技术、复杂地面适应性的自平衡机构技术、基于视觉、激光与GPS融合的冰盖自主导航等关键技术实验研究,在国际尚属首次。这对我国极地科考与先进机器人技术的发展具有重要意义。

 

近日,中科院遗传与发育生物学研究所、国家杂交水稻工程技术研究中心等单位的研究人员发现了一个可以提高水稻产量的新基因,有望将其应用于培育新的水稻品种。该研究由中国工程院院士袁隆平和中科院遗传与发育生物学研究所研究员李传友共同领导,相关成果发表于2月4日的《美国科学院院刊》。
 
水稻是最重要的粮食作物之一。粒重、穗数和每穗粒数是决定水稻产量的三大要素。其中,每穗粒数高度的变化,对粮食产量有极大的影响。在幼穗发育期,花序分生组织是粒数的一个重要决定因素。近期,大量水稻研究揭示,分生组织活性降低可导致圆锥花序分支减少,粮食产量减低。因此,分生组织的大小和活力是决定水稻粮食产量的一个重要的决定参数。
 
植物激素细胞分裂素是已知控制顶端分生组织活力的重要因子。以往的研究揭示,在可提高粒数的水稻基因座中,包含着突变的OsCKX2基因。OsCKX2表达减少,可导致花序分生组织CK累积,提高生殖器官数量,提高产量。
 
在这篇文章中,研究人员称,发现了锌指转录因子DST可直接调控生殖分生组织中的OsCKX2表达。研究人员确定了DST的一个半显性等位基因DSTreg1可以扰乱生殖顶端分生组织中DST引导的OsCKX2表达调控,提高CK水平,导致分生组织活力增高,促进圆锥花序分支,进而提高粒数。
 
业内专家认为,新研究揭示了生殖分生组织活力的一个独特的调控子,并确定了一个可对水稻粒数产生巨大影响的等位基因DSTreg1。这些发现对培育新的优良品种,大大提高水稻产量具有重要的意义。
 
《中国科学报》 (2013-02-07 第4版 综合)

 

 
 
肠道微生物可导致严重营养不良
 
一则对马拉维的年幼双胞胎的研究揭示,一种叫做夸休可尔症的严重、急性形式的营养不良与某些肠道细菌有关,而不是仅仅与营养有关。这些结果表明,对世界上某些营养不良的儿童来说,仅仅让他们摄入更多的卡路里将不足以让他们变得健康。更令人乐观的是,在一则相关的文章中,David Relman写道,这些发现“带来了希望,即通过理解肠道微生物群在营养不足中所扮演的作用,我们可以设计新的受到生态学启发的策略来纠正这一问题。”
 
不幸的是,营养不良在马拉维是常见的,而夸休可尔症的病儿除了消瘦外还会有水肿、肝损害、皮肤溃疡及厌食症等问题。
 
Michelle Smith及其同事对马拉维的317对双胞胎进行了研究,研究的时间为双胞胎长到3岁以前的这段时间。在这一时期中,有一半的双胞胎保持着良好的营养状态,而在其他的双胞胎中,他们中有一人或两人出现了夸休可尔症。患有该疾患的孩子及他们的双胞胎按照标准护理给予了以花生为基础的治疗性食疗。
 
对他们肠道微生物群的随着时间推移而作的研究揭示,严重营养不良的孩子有着不同的微生物概貌,而该微生物概貌在治疗过程中会日趋与营养状态良好的孩子的微生物概貌相似。然而,当治疗停止时,其微生物组合会回复至其较早前的状态。
 
为了作进一步的调查,研究人员将每位健康及患病双胞胎的粪便菌群转移到无菌小鼠的体内。那些接受了夸休可尔症双胞胎肠道微菌群的小鼠会像有这种肠道微菌群的人类一样出现营养不良的症状。尽管夸休可尔症患者的肠道微菌群一般在饮食治疗时会成熟,但它会在恢复当地村庄饮食时又回复到夸休可尔症时的状态。代谢概貌的变化及异常硫代谢的迹象伴随着这些微生物组成的改变。
 
新研究令MRI聚焦更为清晰
 
研究人员已经将MRI技术缩小至纳米尺度,使得人们可以检测到容积只有几个立方纳米的分子并对其进行成像。到目前为止,MRI只能够分辨出容积至少为几微米的结构,但这一进展使得这种医学诊断装置能够对个别的蛋白质分子进行成像。有两则报告讲述了不同组的研究人员是如何能够通过用接近钻石表面的氮空位缺陷来检测极小容积材料中的弱磁场以提高MRI的敏感性的。这种缺陷可捕捉到来自钻石之外质子的量子旋转信号。
 
John Mamin及其同事首先解释了他们是如何用一种电子自旋回波组合以及如何操纵核磁共振(NMR)脉冲来检测质子的非常弱的磁场。在另一份报告中,Tobias Staudacher及其同事描述了他们是如何用这些氮空位缺陷来记录他们放置在钻石表面的各种材料的NMR谱的。一种叫做磁共振力显微镜或 MRFM的方法曾经在过去让人们能够探测到类似的微小粒子并对其进行成像,但这些新结果所代表的是人们第一次在室温中实现了这一壮举。一则由Philip Hemmer撰写的文章更为详尽地解释了这些发现。
 
循环中的肿瘤细胞得了漫游癖
 
据研究人员报道,在癌症病人血液中循环的肿瘤细胞会发生个性变化,这种变化会导致癌症扩散到新的身体部位。这些发现提示了一种可能性,即在发生这一变化时所产生的分子可能是生物标记物,这些生物标记物会反映病人对治疗产生的可能的响应,或者它们可作为新的癌症药物标靶。当一个胚胎发育时,某些细胞会从留守的上皮细胞变为漫游的间充质细胞。这种“上皮—间充质转变”或EMT涉及到细胞的各种变化,这些变化可帮助细胞切断其与邻接细胞的联系并开始形成新的组织。
 
对细胞株和小鼠的研究提示,这种转变还在癌症转移中扮演着一种角色,但Min Yu及其同事如今在癌症病人中研究了这种可能性。他们从乳腺癌病人中分离出了循环中的肿瘤细胞并分析了它们的上皮及间充质标记物的表达。同时表达两类标记物的细胞在原发性乳腺肿瘤中是罕见的,但在循环中的肿瘤细胞中会被富集,这种情况也出现在那些仅表达间充质标记的细胞中。来自某一病人的序列血液样本揭示,当病人对治疗起反应时,处于间充质状态的循环肿瘤细胞数量会下降,但当疾病开始再次进展时,其间充质状态的循环肿瘤细胞数量会有反弹——这一模式在给予不同治疗时又会再次出现。
 
(本栏目文章由美国科学促进会独家提供)
 
《中国科学报》 (2013-02-05 第2版 国际)

 
近日,来自军事医学科学院、北京蛋白质组研究中心的贺福初院士介绍了生命科学领域的“大发现时代”,指出集多种组学之大成的“生命组学”研究模式已现端倪,大发现时代将如影随形。相关论文发表在《中国科学: 生命科学》2013年第一期。
 
自然科学史表明,当人类对某一领域的认知积累到一定程度时,常常会出现一位甚至数位科学大家,促使一系列重大发现纷至沓来,相关学科因而进入“大发现时代”。 数学、地理学、物理学、化学都曾出现过“大发现时代”。 而生命科学的“大发现时代”自16世纪以来层出不穷、持续不断。
 
随着分子生物学50余年日新月异的发展,当代生命科学的“大发现时代”临近再次爆发,而最终“点燃”此次爆发的极大可能就是“生命组学”。 20世纪末,基因组学书写了“生命天书”,蛋白质组学随即解读这部伟大天书,RNA组学、糖组学、代谢组学等也相继蓬勃兴起。 简言之,“组学”以其特立独行的认识论、方法论,一经问世便迅速成为推动并主导生命科学再度迈入大发现时代的强劲引擎。 集多种组学之大成的“生命组学”研究模式已现端倪,大发现时代将如影随形。
 
贺福初院士主要从事基因组学、蛋白质组学与生物信息学研究。曾发现“细胞活性因子的发育相关进化”、“相互作用分子的协同进化”、“mRNA编码区与非编码区的协调进化”及“物种演化中的分子减速进化”等规律性现象。
 

 
线粒体基因替换
 
线粒体DNA (mtDNA)的突变造成各种不同的人类疾病。它们是通过母亲遗传的,因为所有合子线粒体都来自卵母细胞。Shoukhrat Mitalipov及其同事以前曾报告过通过恒河猴卵母细胞中的染色体纺锤体转移所实现的对mtDNA的“概念证明”替换,而在这项研究中他们将该技术延伸到了人的卵母细胞。他们还报告了来自一个mtDNA被替换的卵母细胞的一只3岁大的恒河猴的健康状况。这项研究表明,mtDNA失调的替换疗法可能会变成现实。Dieter Egli及其同事采用了一个不同的方法:他们在来自两个不同供体的未受精的人卵母细胞之间进行了核基因组转移。所获得的卵母细胞保持了发育到胚囊阶段、生成具有正常“核型”的胚胎干细胞的能力。这一方法具有防止mtDNA突变传播而又不会引起由操纵诱导的“核型”异常的潜力。
 
结构研究揭示剪接体机制
 
剪接体(一种在内含子表达之前将其从前体mRNA转录体除去的复合物)的核心由排列在pre-mRNA上的几个RNA-蛋白复合物组成。Prp8是这样一个核心复合物、即U5 snRNP中的一种蛋白,它含有一个活性点,(内含子的)活动就发生在该活性点上。Kiyoshi Nagai及其同事已经确定了结合到一个U5 snRNP组合因子、即Aar2上的Prp8的一个大片段的结构。该结构提供了剪接点怎样与那个活性点相匹配的信息,同时说明真核生物pre-mRNA和细菌group II内含子剪接的机制可能有一个统一的演化起源。
 
仿生聚合物网络
 
这篇论文介绍了新的一类比较硬的水溶性聚合物,它们在受热时会以受控方式成束,产生非常硬的纤维。这些纤维又会形成水凝胶,后者能够非常像地模仿细胞骨架的构成成分——中间丝。合成工作涉及聚异腈聚合物从单分子转化为成束的聚合物链的热转化。用这种材料做成的网络具有合成聚合物胶体通常没有的应激硬化行为,而且它们的机械特性可通过改变聚合物的化学结构而被改变,从而使其比生物聚合物网络用途更广。
 
炎性体是阿尔茨海默氏症的一个治疗目标
 
阿尔茨海默氏症与先天免疫系统的激发有关。我们知道,淀粉质在试管中能激发小神经胶质细胞中的NLRP3炎性体,用一个小鼠模型所进行的这项活体研究表明,炎性体在阿尔茨海默氏症病理中起一个关键作用。在没有NLRP3或“半胱天冬酶-1”时,小鼠的淀粉样变性和神经病理减少,认知和相关的电生理参数得到提到。对死后的阿尔茨海默氏症患者的脑所做检查,支持认为NLRP3与脑炎之间存在联系的说法。这些结果综合在一起表明:由淀粉质诱导的NLRP3的激发,通过介导一种有害的慢性炎症组织反应来增强阿尔茨海默氏症的病情发展;阻断NLRP3炎性体的活性或来自炎性体的细胞因子的活性的药物也许能延缓阿尔茨海默氏症的病情发展。
 
TFIID转录因子核心结构
 
TFIID是在基因转录前通过“RNA聚合酶II”结合基因启动子的第一个通用转录因子,触发pre-initiation复合物的形成,起一个“共激发因子”的作用。TFIID是一个大型多蛋白复合物,由TATA-box-binding protein (TBP) 和TBP-associated factors(TAFs)组成。现在,Imre Berger及其同事利用冷电子显微镜确定了三种不同的人TFIID蛋白聚合体的结构。在他们有关该复合物的step-wise assembly的模型中,从一个对称核TFIID向一个非对称“holo-复合物”的转变是在与TAF8 和TAF10结合时发生的,这种结合诱导了较大的构形变化。
 
V1-ATPase的转动机制
 
Vacuolar-type H+-ATPases (V-ATPases)是生物分子回转马达,将ATP水解与一个质子穿过真核细胞的细胞内及胞质膜的转运耦合在一起。V-ATPase在很多细胞过程中发挥功能,是骨质疏松症和癌症等疾病的一个重要药物作用目标。这篇论文报告了来自“海氏肠球菌”的一个V1-ATPase的几个X射线晶体结构,它们显示了当ATP结合蛋白时发生的构形变化。在这些结构的基础上,本文作者提出一个关于这种膜蛋白的转动机制的模型。
  
《中国科学报》 (2013-02-04 第2版 国际)