南京农业大学资环学院沈其荣教授团队以木霉菌为研究材料，通过生态遗传学方法，解析了一类表面活性小分子蛋白Hydrophobin（HFB）参与真菌分生孢子传播，进而影响其环境适应性与物种分化的分子机制， 真菌进化生物学由于化石证据的缺乏、群体间生活史迥异以及同时具有无性和有性生殖现象等问题而发展相对缓慢；另一方面，也正是因为这些独有的特性，真菌具有高度生态可塑性，因而可作为进化生物学研究的极佳对象。高等丝状真菌通过在分生孢子表面“涂”上一层由表面活性小分子蛋白HFB组成的“疏水涂层”而实现孢子的风媒传播等功能。研究人员针对姐妹种木霉T. harzianum(Th)和T. guizhouense(Tg)的高表达hfb基因（hfb4和hfb10）构建了基因敲除突变体库，并分别对突变体进行了风媒和水媒的传播模拟试验，发现不同菌种有各自偏好的传播方式。研究人员对突变子进行抗逆性、生长和繁殖能力测试，发现HFB4的移除不仅显著影响真菌的生态适应性（Fitness），且同一HFB对真菌适应性的贡献力即便在遗传背景相近的菌株间也差异显著。基于此，研究人员分别对两个种群的hfb4（及hfb10）进行了自然选择压力计算，发现来自Th的hfb4受到强正向选择压力驱使。结合其生理生态习性（图1），研究人员猜测，Tg可能起源于水生环境，其孢子为脱离亲代生境，需要通过风媒传播至别处，且在高空中传播要求其孢子可以耐低温和UV照射，Tg具有上述特征；而Th则更偏向于利用雨水或昆虫进行传播，其确切的传播偏好有待进一步研究。在整个进化历程中，hfb4对菌株生态适应性的净贡献率是物种多个指标或特性进化权衡（compromise）的结果，例如hfb4的存在可提高Tg孢子的风媒传播能力，但却会相应“牺牲”掉一些耐低温特性。 在本研究中，研究人员结合人工智能（AI）技术开发了一套可高通量监测丝状真菌生长和繁殖能力的技术集合——REPAINT。REPAINT技术不仅扩充了真菌环境适应性评价体系的指标内容，使基于纯培养方式的数据采集实现高通量智能化和标准化，而且允许针对不同真菌类群实行定制化调整。

近日，我室王强课题组与军科院放射医学研究所舒文杰合作在Nature Genetics杂志上发表了题为“Embryonic defects induced by maternal obesity in mice derive from Stella insufficiency in oocytes”的研究论文，发现了卵母细胞中Stella蛋白在介导母源肥胖对胚胎表型影响过程中的分子途径。 肥胖是全球重要的健康问题。人群中女性肥胖与早期妊娠失败以及出生缺陷等密切相关，但母亲肥胖是如何影响胚胎发育和子代健康的分子机制尚缺乏足够的认识。课题组首先利用高脂饲养（HFD）的雌性肥胖小鼠模型，证实母源肥胖导致了胚胎发育迟缓与阻滞；并通过组学比较分析了正常和肥胖小鼠卵母细胞中蛋白表达差异，发现HFD小鼠卵子中Stella蛋白含量显著减少。在此基础上，进一步揭示了HFD合子表观不对称性的建立出现了异常，表现为母源5mC水平下降及DNA损伤增加。在HFD小鼠卵母细胞中过表达Stella不仅能够部分阻断受精卵中的DNA甲基化异常，而且还改善了母源肥胖相关的胚胎发育缺陷。本研究对于揭示母源营养影响早期胚胎及后代发育的分子机制提供了新的基础理论，具有重要的科学意义和潜在的应用价值。 南京医科大学生殖医学国家重点实验室博士生韩龙森和李玲，以及军科院博士生任超为共同第一作者。本研究工作得到了南京医科大学沙家豪教授和郭雪江教授的大力支持。该课题得到了国家973计划、国家重点研发项目以及国家自然科学基金项目的资助。

2020年1月31日，海军军医大学，清华大学及同济大学等多单位合作在bioRxiv在线发表题为“The digestive system is a potential route of 2019-nCov infection: a bioinformatics analysis based on single-cell transcriptomes”的研究，该研究的目的是为了剖析表达ACE2的细胞组成和比例，并探索2019-nCov感染在消化系统感染中的潜在途径，分析了肺，食道，胃，回肠和结肠单细胞转录组的数据集。 

研究人员运用生物信息学分析叠加肝癌队列标本验证证实CACYBP在肝癌组织中高表达，且高表达CACYBP的肝癌病人总生存时间及无疾病进展时间更短，预后更差；而通过体外细胞实验及小鼠模型发现缺失CACYBP的肝癌细胞株在体内和体外的生长增殖能力显著减弱。为了研究CACYBP调控肝癌生长的分子机制，研究人员利用串联亲和纯化连用质谱技术，首次鉴定出环指蛋白41（RNF41）与CACYBP相互作用，并通过泛素化实验及放线菌酮追踪检测证实RNF41为CACYBP上游特异的E3泛素连接酶，在肝癌细胞中促进CACYBP的降解，且两者在肝癌组织中的表达呈显著负相关。进一步研究发现，CACYBP促进Ser10磷酸化使P27Kip1存留在胞浆中，从而加速细胞周期，促进肝癌细胞生长增殖，而RNF41对这一过程具有抑制作用。       该研究结合生物信息学分析、肝癌队列标本、细胞功能及分子机制验证，一方面揭示了CACYBP促进肝癌生长增殖的上下游分子机制，另一方面为开发新型肝癌诊疗靶点提供了理论依据。

全球变暖造成植物向高纬度扩张。在此背景下，植物-土壤反馈在植物扩张过程中的变化以及对植物扩张的影响并不清楚。该研究以北美东海岸黑红树向北扩张入侵本地互花米草群落为研究背景，发现互花米草群落的土壤能显著降低黑红树的低温耐受力，并且能显著抑制黑红树与暗隔内生菌（DSE，dark septate endophyte）的结合。暗隔内生菌被认为是一类能提高植物低温耐受力的有益真菌。该研究认为随着北美东海岸极端低温事件频率的减少，黑红树在互花米草群落的多度增加，削弱了互花米草群落土壤对黑红树低温耐受力的负效应（如上图），从而提高了黑红树的低温耐受力，并最终成功取代互花米草。       该研究揭示了北美东海岸黑红树向北扩张入侵本地互花米草群落的新机制；证明了全球变暖背景下，植物-土壤反馈是影响植物向高纬度扩张的重要原因之一；为研究全球变化下物种重新分布提供了理论支持。

揭示了转录因子Sox2同时结合DNA和RNA并协同调控体细胞重编程的新机制，着重强调了在体细胞重编程过程中Sox2与RNA的直接相互作用的功能。通过PAR-CLIP和RNA SELEX确认了Sox2与RNA直接相互作用，进一步的测序分析发现Sox2偏好性结合一个CCCY核心基序和一个CGCG的二级基序。随后，研究人员利用EMSA和RNA免疫沉淀（RNA-immunoprecipitation assay）等手段确定了Sox2的RNA结合结构域（RBM），该结构域具有优先结合富含GC的RNA序列的特征。另外，通过RNA fishing实验和竞争性结合实验等的进一步分析，发现在DNA和RNA共同存在的情况下，Sox2使用其HMG结构域结合同源DNA序列，并同时利用RBM结构域在体外介导三元RNA/Sox2/DNA复合物的形成。除此之外，通过比较Oct4、Klf4、c-Myc (OKM)“鸡尾酒”以及不同Sox2突变体诱导下iPSC生成的效率发现，删除Sox2 的RBM结构域会影响iPSC的生成，并且显著地改变了体细胞重编程过程中的选择性剪接事件。       该研究加深了人们对Sox2蛋白调控多能性重编程机制的理解，进一步阐明了DRBPs对RNA代谢的调控机制。

北京大学物理学院量子材料中心江颖、徐莉梅与美国内布拉斯加大学林肯分校曽晓成以及北京大学/中国科学院王恩哥等合作，利用高分辨qPlus型原子力显微镜技术，首次在实验上证实了冰在二维极限下可以稳定存在，将其命名为：二维冰I相，并以原子级分辨率拍到了二维冰的形成过程，揭示了其独特的生长机制。该工作以“Atomic imaging of edge structure and growth of a two-dimensional hexagonal ice”为题，于1月2日发表在国际顶级学术期刊《自然》上。图1 （a）南极罗斯海上的厚冰层；（b）自然界最常见冰相（Ice Ih）的分子模型；（c）本工作发现的二维冰（实验结果的3D效果图） 冰是水的常见物态，由水分子规则排列形成，其结构与成核生长在材料科学、摩擦学、生物学、大气科学等众多领域具有至关重要的作用。早在20世纪20年代，英国著名物理学家、X射线发现者Bragg与其它几位科学家就分别利用X射线对冰晶体结构进行了表征，经过了近一百年的研究和探索，迄今人们已经发现了冰的18种晶相（三维冰相），其中自然界最常见的冰相为六角结构的Ice Ih相（图1a 和b）。然而，冰在二维极限下是否能独立稳定存在？这个问题有很大的争议。一般认为在单层极限下，二维冰具有相当数量的未饱和氢键，需要靠与衬底的相互作用来使得结构稳定。但如此一来，二维冰的结构就非常依赖于衬底的结构和对称性，并不是真正意义上的本征二维冰。2015年，石墨烯发现者Andre Geim带领的团队在双层石墨烯间发现了一种与表面结构无关的四方二维冰相（Nature 519, 443 (2015)），引起了学术界的强烈反响，但这种二维冰随后被质疑是NaCl的晶体结构（Nature 528, E1–E2 (2015)），二维冰存在与否一直悬而未决。图2 二维冰岛内部结构的亚分子级分辨成像。a、b图中从左至右，依次为由高至低不同针尖高度下的原子力显微镜实验图和模拟图；c为二维冰结构的模型示意图的俯视图和侧视图。图像尺寸：1.25 nm x 1.25 nm。在大针尖高度条件下，主要利用高阶静电力成像，可以分辨出平躺水分子（暗点）和竖直水分子（亮点）；在中间高度条件下，依靠高阶静电力与泡利排斥力的共同作用，可以分辨出图中红色短线所示的氢键指向信息。 在本工作中，研究人员通过精确控制温度和水压，成功在疏水的金衬底（Au(111)）上生长出了一种单晶二维冰结构，这种二维冰可以完全铺满衬底（图1c）。研究人员进一步利用基于一氧化碳针尖修饰的非侵扰式原子力显微镜成像技术（non-invasive AFM），借助高阶静电力，实现了二维冰的亚分子级分辨成像，并结合理论计算确定了其原子结构（图2）。结果表明，这种二维冰由两层六角冰无旋转堆垛而成，两层之间靠氢键连接，每个水分子与面内水分子形成三个氢键，与面外水分子形成一个氢键，因此所有的氢键都被饱和，结构非常稳定，与衬底相互作用很弱，是一种本征的二维冰结构。1997年，Koga和曽晓成等人利用分子动力学模拟首次预测了这种“互锁型”双层二维冰（PRL 79, 5262 (1997)，昵称：Nebraska Ice，美国Nebraska州的印第安语意：广阔浅平的河水），但一直缺乏确切的结构实验证据。因此，这也是第一种被实验所证实的二维冰结构，研究人员将它正式命名为：二维冰I相。图3 二维冰岛的锯齿状（a）边界和扶椅状（b）边界对应的“搭桥”（bridging）式和“播种”（seeding）式生长模式。生长由1至4依次循环进行，原子力显微镜中的红色箭头表示水分子加入，球棍模型图中的红色结构表示水分子加入形成的新结构。图像尺寸分别为：（a）3.2 nm x 1.9 nm和 （b）3.7 nm x 2.2 nm。 为了进一步揭示二维冰的形成机制，研究人员利用前面发展的非侵扰原子力成像技术对二维冰岛的边界进行高分辨成像，成功确定了二维冰的边界是由未重构的锯齿状（zigzag，图3a所示）边界和重构的扶椅状（armchair，图3b所示）边界构成。同时，研究人员还通过“速冻”技术，在边界上捕获了冰生长过程中的中间态结构，并基于这些中间态边界结构重现了二维冰的形成过程，结合理论计算和模拟提出了二维冰岛锯齿状边界的“搭桥”（bridging）式生长和扶椅状边界的“播种”（seeding）式生长机制。此外，根据理论计算和模拟的结果，研究者认为该生长机制具有一定的普适性，适用于其他疏水的衬底。 二维冰的发现改变了一百多年来人们对冰相的传统认识，开启了探究二维冰家族系列的大门，为冰在低维和受限条件下的形态和生长提供给了全新的图像。同时，二维冰在很多应用领域也有潜在意义。比如：表面上的二维冰可以促进或抑制三维冰的形成，这对于设计和研发防结冰材料具有潜在的应用价值；二维冰中水分子所有的氢键都被饱和，因此与表面的相互作用极小，可以起到超润滑作用，减小材料之间的摩擦；此外，二维冰本身也可以作为一种特殊的二维材料，为高温超导电性、深紫外探测、冷冻电镜成像等研究提供全新的平台。

一种基于真空非对齐的新的暗物质非热产生机制，这一机制可以适用于包括复合希格斯在内的一大类模型。真空非对齐是对称性自发破缺的一种方式，如图1(a)所示。我们以一个简化的复合希格斯模型为特例阐述了机制的运作方式。在高温时，电弱真空随手征对称性破缺而发生大的破缺，真空非对齐角在一段时间内维持在90度，即对应于一个无希格斯粒子(Higgsless)的真空。此时希格斯场会与模型中其它的赝南部-戈德斯通玻色子组合成一个质量复标量场，假定这个复标量可以携带一个新的U(1)对称性的非零荷，则它在这个真空中不会完全衰变为标准模型的粒子。如果模型中还有一些暗物质粒子也带有这个U(1)对称性的荷，那么希格斯场在这个真空中与暗物质受到相同对称性保护，同属于所谓的暗的部分。如果引入的新的U(1)对称性是电弱反常的，则在发生电弱相变时可通过sphaleron不对称地产生正反暗物质，之后正反暗物质会互相湮灭，直到反物质（或正物质）被全部湮灭，而最终残留的部分就可作为宇宙的暗物质遗迹。在我们的理论机制中，暗物质遗迹的不对称产生是在无希格斯真空下发生的，但随着温度的降低，真空非对齐角会开始变小并最终演化为今天的标准模型真空，真空非对齐角随温度的变化参见图1(b)，而暗的U(1)对称性也随之发生自发破缺。在真空非对齐角开始偏离90度时，希格斯粒子开始从暗的部分中分离出来，也就是说希格斯粒子有可能在较高温度时曾经属于暗的一部分，但在温度降低后从暗的部分中演生出来，成为一个不稳定的实标量粒子。另一方面，还有一些复合暗物质粒子因为受到一个Z_2对称性的保护而不会完全衰变为标准模型粒子，它们虽然在无希格斯真空下是复标量场，但在标准模型真空下却会劈裂为两个有质量差别的实标量场，于是通过Z规范玻色子与原子核散射的过程被运动学禁戒，从而不会受到很强的直接探测限制。我们的理论机制预言，总会存在一个轻的赝标量粒子，这对暗物质直接探测如Xenon1T实验、宇宙学观测、超新星观测以及在对撞机实验中探测“Z规范玻色子衰变到光子及这个赝标量粒子”过程等结果都有深远的影响，从而可以得到检验。

生物受体的构象变化是变构效应、信号传导等众多生物功能的基础。具有构象自适应性的大环主体可以作为简化模型，用于揭示生物分子识别的构象变化机制。在该课题组最近关于酰胺管芳烃的研究中，首次直接观察到了基于“构象选择”机理的分子识别行为，并详细阐述了“构象选择”识别机理的热力学与动力学机制。