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  近期,中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所研究员张永胜课题组在金属Al/Al2Cu界面局域结构研究中取得新进展,研究发现界面处局域几何结构的畸变对溶质元素(Si、Mg、Zn)的偏析行为有着不可忽视的影响(图1)。相关结果以EffectsoflocalgeometrydistortionattheAl/Al2Cuinterfacesonsolutesegregation为题发表在PhysicalChemistryChemicalPhysics期刊上。  铝基合金材料由于具有高强度、低密度等优异的综合性能而广泛应用于航空航天、交通运输、汽车工业等领域。材料中的界面对提高材料的各项性能起着至关重要的作用。Al-Cu所形成的合金在190-230℃的温度范围内会在Al中析出Al2Cu,析出相可以有效地提高铝合金的强度。相关实验发现基体Al和析出相Al2Cu之间会同时形成共格和半共格界面,溶质元素Si、Mg、Zn在Al/Al2Cu界面处表现出不同的偏析行为。然而,相应的DFT-PAW理论计算的结果(溶质偏析能)和实验观察(溶质浓度)不符,这严重影响了计算预测的可靠性。  为了有效地研究Al和Al2Cu之间的界面对掺杂原子(Si、Mg、Zn)偏析的影响,张永胜课题组采用了LCAO+NCPP的计算方法,结果发现界面处(尤其是半共格界面)局域几何结构畸变对溶质的偏析能具有很大的影响,其结果能够很好地解释实验观察:比如图2(c)中,LCAO+NCPP计算的Si在半共格界面两侧θiˊ和Ali处的偏析能基本相同,这与图2(b)中实验上观察到的Si在Al和Al2Cu两侧接近的浓度相吻合;而传统的DFT-PAW计算方法 (图2(d))显示,Si在Al2Cu侧的偏析能比Al侧的低,这是由于PAW方法在计算过程中固定了晶格对称性所造成。进一步的计算发现界面处的晶格失配度也对偏析能起着不可忽略的影响(图2(e)):随着半共格界面失配度的降低,Si和Mg在半共格界面处偏析能的差别也逐渐减小,接近实验观察的结果。该理论计算结果不但很好地解释了实验现象,为今后更深入而准确地研究界面的微观结构和性质提供帮助,也为将来通过界面设计调控材料性能做了良好的铺垫。  该项工作得到国家自然科学基金资助,所有计算都在中科院超算中心合肥分中心完成。  论文链接图1.界面处几何结构畸变对溶质偏析影响的示意图。图2.(a)(010)Al||(010)Al2Cu半共格界面计算模型图中大球和小球分别代表Al原子和Cu原子,不同颜色的原子代表(c)和(d)中不同的偏析路径;(b)实验观察的半共格界面附近Al、Cu、Si、Mg、Zn的浓度,数据来源于文章:DOI:10.1103/PhysRevLett.105.076102;(c)LCAO+NCPP方法计算的半共格界面处溶质的偏析能,虚线代表偏析能的变化趋势;(d)DFT-PAW方法计算的半共格界面处溶质的偏析能;(e)溶质Si和Mg偏析能之间的差值随半共格界面失配度的变化。

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  水稻是世界上一半以上人口的主粮,其产量主要受每穗粒数、每株穗数、千粒重等影响。其中每穗粒数与每穗颖花数密切相关,因此颖花的发生和发育直接影响了水稻的产量。在拟南芥中,PINOID(PID)可以通过调控生长素外流载体PIN家族蛋白的亚细胞定位来调节生长素的分布(Frimletal.,2004;LeeandCho,2006)。AtPID是控制花原基形成的基因,其通过生长素途径参与调控双子叶的花器官发育的机理已有很多报道,而该基因在单子叶植物的生物学功能还不清楚。之前有研究发现,将OsPID在水稻中进行过量表达会引起雄蕊数目减少、雌蕊数目增加的异常表型(MoritaandKyozuka,2007)。尽管最近的两篇报道表明,OsPID功能缺失会导致水稻雌蕊和花药发育异常(Heetal.,2019;Xuetal.,2019),但PID调控水稻花器官的分子机制尚不清楚。  中国科学院遗传与发育生物学研究所杨维才研究组鉴定了一个水稻花器官发育异常的突变体,用改良的Mutmap方法定位了OsPID的变异位点,并用CRISPR/Cas9基因编辑技术和遗传互补试验进行了验证。与拟南芥AtPID相比,OsPID除了分布在细胞膜上,还存在于细胞核及细胞质。该研究进一步发现OsPID与OsPIN1a、OsPIN1b及OsMADS16等具有相互作用。总结本研究及前人研究结果,论文提出了OsPID调控水稻花器官发育的模型。首先,像在拟南芥中一样,OsPID通过磷酸化PIN1而调控生长素的运输,改变生长素的极性分布,调控水稻花器官的产生和发育;其次,OsPID还通过与OsMADS16、LAX1等转录因子相互作用参与调控水稻花器官发育;另外,OsPID与LAX1/LAX2互作,通过控制水稻的分枝和分蘖而影响产量。OsPID的过量表达可使穗分枝数、穗粒数及单株产量增加,但不影响千粒重和穗数,这说明OsPID在水稻高产育种中具有潜在的应用前景。该研究结果为水稻花器官发育的分子机制提供了新的认识,为水稻高产育种的遗传改良提供了理论基础。  该研究成果于1月17日在PlantBiotechnologyJournal杂志上在线发表(DOI:10.1111/pbi.13340)。杨维才研究组博士后吴华茂为文章第一作者,杨维才为通讯作者。该项研究得到中科院战略性先导专项和国家自然基金委项目的经费资助。图:OsPID调控水稻花器官发育的分子机制模型

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  近日,中国科学院大连化学物理研究所碳资源小分子与氢能利用创新特区研究组研究员李慧和复合氢化物材料化学研究组研究员陈萍、副研究员柳林团队合作,开发了高性能指型和空隙结构不锈钢钯复合膜,可满足燃料电池氢源快速启动的要求;将该不锈钢钯复合膜用于氨分解膜反应器制氢,氨分解完全转化温度显著降低。  用于氢气分离的金属钯膜分离具有小型、静音、紧凑的优点,属于燃料电池氢源关键技术,可与液态阳光燃料(如甲醇重整或氨分解等)相结合,实现氢气的“现产现用”。液态燃料制氢耦合钯膜纯化技术可以解决氢气的储运和安全难题,在通讯基站电源、液态阳光加氢站现场制氢、氢能重卡以及无人机等领域有广泛的应用前景。与陶瓷钯复合膜相比,不锈钢钯复合膜具有机械强度大、简单密封等优点,可满足小型移动应用领域的需求。  针对高性能不锈钢钯复合膜开发的难题,该研究团队首次提出指型加空隙结构的不锈钢钯复合膜设计,可以保证在快速升降温过程中金属钯膜的自由伸缩,并避免不锈钢基底与金属钯膜接触造成膜结构的破坏。该新构型不锈钢钯复合膜能实现连续2000h的长期稳定运行,而且在模拟燃料电池使用条件下实现了多个快速升降温循环,满足燃料电池氢源快速响应的要求。另外,空隙结构显著降低了多孔载体的渗透阻力,透氢速率达到2.1E-6mol/(m2*s*Pa),H2/N2选择性达到16000。将高性能指型不锈钢钯复合膜与高效氨分解催化剂Ru/MgO相结合,形成膜反应器,可将氨分解的完全分解温度从文献中的748K以上降低到673K(氨分解转化率为99.8%),且实现200h连续稳定运行,表明该膜反应器具备一定的车载应用潜力。  此前,针对钯复合膜产业化应用中的关键问题,该研究团队提出缺陷原位修复新路线,开发多项钯复合膜制备新技术,并系统研究合成气成分对钯膜透氢性能的影响,受邀撰写了2篇综述(J.Mater.Chem.A,2016,4,14069;Chem.Eng.Sci.,2015,127,401)。该研究团队于2019年在张家港产研院率先建成规模化(MW级)不锈钢钯复合膜产线,成本仅为国外同类不锈钢钯复合膜的1/10,目前已实现甲醇重整、钯膜纯化与氢氧燃料电池的10kw系统集成测试,以及液态阳光加氢站的产氢技术示范(20kg/d)。  相关成果以全文形式发表于《化学工程杂志》(Chem.Eng.J.)。该工作得到中科院百人计划(结题优秀)、国家自然科学基金、科技部重点领域创新团队和中科院卢嘉锡国际团队项目的支持。(a)指型和空隙结构钯复合膜和氨分解膜反应器示意图;(b)氨分解钯膜反应器在673K下200h长期稳定性实验

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  日前,中国科学院深圳先进技术研究院医药所生殖与健康发育研究中心任培根研究组与张键研究组合作在非酒精性脂肪肝的干预研究方面取得进展。相关论文"Metabolitin,aNewPeptideHormoneInhibitsIntestinalFatAbsorptionandImprovesNAFLDthroughItsReceptorGPRC6A"(《Metabolitin,一种通过受体GPRC6A抑制肠道脂质吸收并改善非酒精性脂肪肝的新多肽类激素》)于2月10日被国际肝病研究期刊Journalofhepatology 接收。第一单位与通讯单位为深圳先进院,第一作者为博士研究生滕斌,博士后黄晨为共同第一作者。通讯作者为研究员任培根,研究员张键为共同通讯作者。  受过量的能量摄入和其他相关致病因素的影响,肥胖、非酒精性脂肪肝(NAFLD)和2型糖尿病(T2DM)已成为近几十年来发达国家和发展中国家的主要代谢性疾病。肥胖是非酒精性脂肪肝、2型糖尿病、心血管疾病等的相关因素,超过90%的肥胖病人和70%的2型糖尿病患者均患有非酒精性脂肪肝。非酒精性脂肪肝影响着30-40%的成年人口,约2.4%-12.8%的非酒精性脂肪肝-肝硬化患者恶化成了肝癌。饮食中过量的脂肪酸在肠道吸收,并在肝脏、骨骼肌和脂肪组织中积累,将导致胰岛素抵抗(IR)与肥胖,促进2型糖尿病的发展。同时,高胰岛素血症或高血糖会加速NAFLD的恶化,从而形成一个“恶性循环”。肠道吸收可能在其中起着关键作用,但其对代谢紊乱恶化的机制仍不明确,上述疾病也均无有效根治药物。  利用生物信息学手段结合生物学功能实验,研究团队验证了所预测的一种新的功能多肽的激素性质及其生物学功能,该多肽激素被研究团队命名为Metabolitin(MTL),意指调节代谢的激素,可简称为代谢素。研究团队利用高分辨质谱法验证了MTL在小鼠血清中的天然存在,并利用Obesity-NAFLD-T2DM小鼠模型证实了MTL与受体GPRC6A相互作用并发挥以下生物效应:MTL进入肠道后,与小肠上皮细胞表面的GPRC6A作用,强烈抑制神经紧张素(Neurotensin,NT)的表达,上调腺苷5’-单磷酸活化蛋白(AMPK)作用通路,通过NT-AMPK途径抑制小肠脂质的吸收。同时,MTL通过乙酰辅酶A羧化酶途径(ACC途径)抑制肝脏中的脂质从头合成,从而显著改善了小鼠的肝细胞脂肪变性、NAFLD症状和胰岛素抵抗,为非酒精性脂肪肝的治疗提供了新的药物前体和理论依据。相关药物前体已申请中国发明专利和PCT专利,并已进入欧洲、美国、日本和韩国实审。  该项研究得到国家科技部重点研发项目、中科院A类先导专项和深圳市科技创新委员会基础重点项目的支持。同时,该研究得益于深圳先进院内多学科交叉的优势,医工所影像中心提供MRI技术支持,光学中心提供荧光蛋白材料。图1:metabolitin在NAFLD中的作用机制图图2:metabolitin降肝脂的效果

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  随着生产力的快速发展和现代化水平的不断提高,全球能源消费急剧上升,导致全球能源危机和能源价格上涨,寻找可替代的能源变得尤为重要。氢气是一种理想的清洁可再生能源,具有巨大的商业潜力,利用生物氢作为能源已经在许多领域得到应用,因此许多科学研究一直致力于通过各种手段提高生物氢的产量。微藻是一种兼性好氧生物,可在厌氧条件下将太阳能转化为生物氢,利用光合作用产生的电子和质子通过氢化酶生产氢气和生物燃料,从而可以通过利用海水、CO2和阳光来实现这一“生物制氢”过程。  中国科学院植物研究所杨文强研究组长期从事衣藻光合作用代谢调控机制研究。近期该团队应邀撰写综述文章,系统总结了微藻产氢的最新进展及其调控机制。该综述介绍了微藻(包括蓝藻和绿藻)产氢的研究历史、固氮酶和氢化酶的特性、产氢机理、技术进展,以及酶促、基因和代谢工程方法在提高微藻产氢中的应用。其中,重点介绍了微藻产氢的调控过程,并对莱茵衣藻发酵代谢途径中关键酶功能受损后的调控方式进行了总结,分析指出了今后微藻制氢高效生产和商业化所面临的主要挑战和障碍,对未来微藻产氢的研究方向提出了展望。  该综述于近日发表于国际学术期刊SmallMethods上。杨文强研究组在读硕士生王月和在读博士生杨换玲为论文共同第一作者,助理研究员涂文凤和研究员杨文强为共同通讯作者。该研究得到科技部重点研发计划和国家自然科学基金面上项目、青年项目的资助。  文章链接图:衣藻不同条件下的微藻产氢途径。A,PSII依赖的产氢通路。B,PSII不依赖的产氢通路。C,缺硫条件下产氢通路。D,黑暗厌氧条件下产氢通路。

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  1月22日,中国科学院上海巴斯德研究所龙钢课题组在国际期刊J.ExtracellularVesicles在线发表了一篇关于病毒外泌体包装的研究论文“HepatitisAvirusstructuralproteinpXinteractswithALIXandpromotesthesecretionofvirionsandforeignproteinsthroughexosome-likevesicles”。  鉴于外泌体在组织细胞间信息传递的重要生理病理作用和临床应用前景,外泌体内容物的选择性转载和功能性转运逐渐成为胞外囊泡领域的研究热点。病毒结构和组成与外泌体类似,是外泌体包装及转运研究的天然素材。甲肝病毒(HAV)被传统定义为无囊膜的病毒粒子。然而,新近研究发现HAV在病毒血液中主要以有膜病毒形式存在,即囊膜包裹甲肝病毒颗粒(eHAV)。eHAV的形成途径可能与细胞外泌体样囊泡发生机制紧密相关。外泌体样囊泡主要通过内体分选复合物(ESCRT)细胞因子网络产生,在多泡体(MVB)中形成腔内小泡(ILV),经MVB与质膜融合而释放。对HAV衣壳向外泌体样囊泡的包装机制的准确认知可能揭示一种新型外泌体装载模式。然而,HAV病毒衣壳是否通过外泌体途径完成eHAV发生,病毒衣壳如何与ESCRT复合物亚细胞网络相互作用并形成eHAV的过程仍然不清楚。  2019年,龙钢课题组报道了syntenin调控丙型肝炎病毒膜蛋白E2外泌体分泌,进而钝化E2特异性抗体中和病毒感染的能力(Dengetal.,2019,J.Hepatology)。本次研究则是利用甲型肝炎病毒揭示了一种外泌体内容物装载的新模式。  在本项工作中,根据eHAV和裸露HAV衣壳在结构和组成上的差异,研究人员首先通过在肝癌细胞中外源性地表达HAV的结构蛋白pX,发现病毒蛋白pX可以通过与ALIX相互作用进入ILV中,最终以外泌体样颗粒的形式释放到细胞外。进一步的研究表明pX的C端40个氨基酸的肽段负责与ALIX的相互作用并介导病毒颗粒转载入外泌体样颗粒中。在病毒的基因组上删除C端的40个氨基酸能选择性阻止eHAV的释放,但对裸露HAV的释放基本无影响。值得注意的是,直接将外源蛋白GFP与pX的C端融合并表达就足以引导GFP进入外泌体并释放到胞外,表明了pX同时具备装载大型蛋白RNA复合物和小型目的蛋白进入外泌体的能力。这项研究为蛋白复合物加载到外泌体样细胞外囊泡并确保功能性转运提供了一条新途径。  博士研究生蒋望和助理研究员马鹏娟为该论文的第一作者,研究员龙钢为通讯作者。俄亥俄州立大学教授ZongdiFeng和北卡大学教授StanleyLemon提供了帮助。该研究得到中科院先导专项、科技部重大专项和自然科学基金委项目等的支持。  论文链接图1:pX连接eGFP使重组蛋白通过外泌体样胞外囊泡分泌。图2:外泌体样胞外囊泡颗粒的粒径和eGFP-pX装载分析。图3:删除pXC末端选择性地导致囊膜包裹病毒颗粒eHAV产生阻断。

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