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  6月16日,Autophagy在线发表了中国科学院分子植物科学卓越创新中心王成树研究组完成的研究论文ActivationofmicrolipophagyduringearlyinfectionofinsecthostsbyMetarhiziumrobertsii。该研究揭示昆虫病原真菌绿僵菌通过微自噬途径调控附着胞脂滴降解,从而快速形成胞内膨压而穿透昆虫寄主体壁。  昆虫病原真菌如绿僵菌等在感染昆虫寄主时分化形成侵染结构—附着胞,除了分泌不同体壁降解外,附着胞内需快速建立高水平的细胞膨压(turgorpressure)而保障真菌入侵钉的穿透。胞内糖原、脂滴等快速降解被认为是形成膨压的主要途径,但这些底物的降解途径及机理仍不清楚。  研究发现,绿僵菌在形成附着胞时,细胞自噬水平显著上调,液泡中脂滴积累、自噬小体(autophagicbody)大量形成,预示脂滴会通过自噬途径进行降解,即脂噬发生于附着胞形成过程。然而,这一过程是巨自噬或是微自噬尚不清楚。为此,通过全基因组水平敲除自噬相关的23个基因,发现其中10个基因的缺失显著影响绿僵菌的杀虫毒力。不同于植物病原真菌稻瘟病菌,绿僵菌形成附着胞时,不存在糖原由分子孢子向附着胞迁移的现象,甘油三脂降解酶基因的缺失也不影响绿僵菌的杀虫毒力。杀虫毒力相关的自噬基因多与自噬体(autophagosome)形成相关,这些基因的缺失影响自噬体形成,而突变株中脂滴仍可以进入液泡,呈现积累而无法降解的现象。这一现象的发现表明,脂滴可以无须通过自噬体包裹而运输至液泡,即通过微脂噬(microlipophagy)途径调控脂滴降解,进而影响真菌的感染毒力。  该研究揭示了真菌细胞自噬的新型生物学功能,证明真菌胞内脂滴降解的微脂噬途径,并建立了验证微脂噬途径的遗传学方法,对于促进细胞自噬的调控机理及生物学效应研究具有推动作用。研究工作得到国家自然科学基金创新研究群体项目、中科院的资助。  论文链接 研究揭示绿僵菌附着胞形成时胞内脂滴微自噬的调控途径

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  氦是最轻的单原子分子,由不确定性关系可知在液相或固相中氦原子具有剧烈的量子零点运动,因而是研究量子液体与量子固体最合适的体系。氦也是最纯净的体系——所有由其他元素构成杂质都将因为范德华相互作用被吸附固定,从而不影响氦本身的性质。然而,氦存在两种稳定同位素4He和3He,因此同位素杂质成为极低温条件下唯一活跃的杂质。  以往研究表明,同位素杂质在液体或固体氦中具有非常高的迁移率,且由于4He和3He分别服从玻色和费米统计,即使是极微量的杂质也可明显改变体系性质。以固体4He中的质量超流为例,浓度为1500ppm的3He杂质可完全抑制超流效应【Cheng,etal,PhysicalReviewLetters117,025301(2016)】;而在热力学性质方面,浓度为6ppm的3He杂质导致固体4He在0.3K以下的比热显著增加【Cheng,etal,PhysicalReviewB90,224101(2014)】。这些实例表明,同位素杂质对于氦的性质具有重要影响。  同位素杂质能明显改变氦的性质,但其分布和运动却难以测量。液体和固体氦通常是在极低温和高压条件下才能制备,而样品存在于封闭容器中,传统的表征手段无法直接作用于氦本身。氦为电中性,无法通过电输运的方式来表征。同位素杂质具有相当高的迁移率,且在不同环境中的束缚能不同,温度的变化导致杂质分布的平衡态也随之变化,杂质迁移不可避免,这使得定量分析系统性质与杂质浓度的关系变得困难。如何定量分析杂质对于固体或液体氦性质的影响是未能有效解决的难题。  近日,中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心特聘研究员程智刚提出通过精密测定液氦介电常数来原位监测液氦中同位素杂质的浓度变化情况,为定量研究杂质影响提供了新的研究手段。根据Clausius-Mossotti关系,物质的介电常数与原子数密度相关。3He原子质量更小,量子零点运动更剧烈,相对于4He拥有更大的原子体积。在3He-4He混合系统中,3He浓度的变化导致介电常数变化,通过介电常数的精密测量可以反推出3He浓度。研究人员构造了“液氦-固氦”混合系统,并在液体部分放置同轴环形电容,同时测量液体压强用于扣除压力变化所导致的原子数密度变化。实验结果表明,该方法对于3He浓度的分辨率达到40ppm,满足多数实验场景对于3He浓度测定的精度要求。  科研人员利用该方法进一步研究3He杂质从液相向固相扩散的过程,发现扩散时间常数随温度升高而降低:在0.4K约为300分钟;在0.7K约为30分钟;时间常数与温度的关系满足热激发过程,激发能为3.45K。分析表明,该扩散过程的快慢主要取决于3He杂质在固体4He中沿晶界扩散过程。这一实例表明,通过介电常数原位监测同位素杂质浓度的技术,在定量研究杂质运动的动力学过程和对体系性质的影响方面起到有效作用。  相关研究成果发表在PhysicalReviewResearch上。研究工作得到中科院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目、国家重点研发计划和国家自然科学基金面上项目的支持。图1.(a)含有不同3He杂质浓度的4He固体中超流流量随温度变化关系;(b)含有不同3He杂质浓度的固体4He的比热容随温度变化关系图2.(a)原位测量3He浓度实验装置;(b)3He杂质由液相扩散至固相所导致的液相压强和电容随时间的演化过程,其中电容演化过程满足指数特征,可以通过拟合提取扩散时间常数;(c)扩散时间常数随温度的关系,插图表明该过程在0.5K以上满足热激发过程,激发能为3.45K

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  巨犀是地球历史上生存过的最大的陆地哺乳动物,体重可达24吨,相当于4头最大的非洲象的体重总和。巨犀的腿部很长,站立时的肩高5米,头部可伸达7米的高度。巨犀的体型适合于在疏林中生活,像长颈鹿一样取食树冠的叶片。除在巴尔干、安纳托利亚和高加索发现的少数化石,巨犀主要生活在亚洲,尤其是中国、蒙古、哈萨克斯坦和巴基斯坦。从始新世中期4200万年前的始巨犀(Juxia)开始,巨犀演化出6个不同的属,最终在中新世早期的2100万年前绝灭。其中,巨犀属(Paraceratherium)是分布范围最广的巨犀,从东亚远至东欧。发现于青藏高原西南缘的布格蒂巨犀(Paraceratheriumbugtiense)具有丰富的记录,但它孤立于欧亚大陆其他巨犀的独特地理位置使其起源和进化长期模糊不清。   中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员邓涛率领的中美合作团队,依据一具长度超过1米,且带有下颌骨和环椎的完整头骨,于6月17日在《通讯:生物学》(CommunicationsBiology)上发表了巨犀的一个新种临夏巨犀(Paraceratheriumlinxiaense)。新种采自青藏高原东北缘甘肃临夏盆地渐新世晚期2650万年前的地层中,其伴生的动物群指示中国西北地区在当时具有广泛的开阔疏林地带。临夏巨犀比巨犀属的其他种更进步,其体型更大,更深的鼻切迹指示它有发达的软鼻,更高大的枕髁显示出对长颈之上更大头骨的强力支撑。   巨犀的系统发育关系此前只在属级水平上得到部分解决,未能通过支序分析揭示巨犀属不同种之间的演化谱系。研究团队在增加大量头骨、牙齿和头后骨骼性状的基础上展开了新的系统发育分析,解决了分隔于青藏高原南北两侧的不同巨犀间的起源和演化关系。得到的最简约树显示巨犀属与始新世晚期的咸海巨犀(Aralotherium)的关系比与准噶尔巨犀(Dzungariotherium)和吐鲁番巨犀(Turpanotherium)的关系更近,后两个渐新世晚期的属形成一个支系。在巨犀属支系中,新的系统发育分析指明,从蒙古高原的葛氏巨犀(Paraceratheriumgrangeri)经由兰州盆地的黄河巨犀(P.huangheense)、哈萨克斯坦的亚洲巨犀(P.asiaticum)、巴基斯坦的布格蒂巨犀(P.bugtiense),最终到新疆的美丽巨犀(P.lepidum)和甘肃的临夏巨犀(P.linxiaense)的逐步进化序列。临夏巨犀展现了相似于美丽巨犀的高度特化水平,且这两个种都具有更大的体型,比布格蒂巨犀大五分之一,而这三个种起源于一个共同的祖先。巨犀的环椎、枢椎对庞大体型和修长颈部的适应已在葛氏巨犀和布格蒂巨犀阶段完成,在临夏巨犀中进一步发展,其环椎、枢椎的形态特征和关节结构使其颈部更加灵活。   根据系统关系和时代脉络,布格蒂巨犀在渐新世早期由黄河巨犀经亚洲巨犀演化而来,而在渐新世晚期,作为布格蒂巨犀的姐妹群,美丽巨犀发现于宁夏、新疆和哈萨克斯坦,临夏巨犀发现于甘肃。在始新世,中东和西伯利亚西部仍被海水占据,因此亚洲与欧洲是分隔的。图尔盖海峡仍在水下,但在渐新世已发育海陆过渡沉积。塔里木盆地的西南凹陷向东延伸到阿尔金山脉,分布有从始新世期到中新世早期的海相沉积,含有丰富的海相有孔虫、介形虫和双壳类化石。海相的鱼类化石与巴黎盆地的软骨鱼类相似,指示这个地区存在东西向延伸的海域。因此,南亚与哈萨克斯坦被海域分隔,阻挡了巨犀在这个方向的直接交流。   在渐新世,巨犀从蒙古高原到南亚的扩散将沿着特提斯洋的东岸,通过西藏腹地的一些低海拔谷地进行。这一路线得到其他证据的支持,在青藏高原中部渐新世地层中发现的鱼类和植物化石均显现出热带的特点,指示不超过2000米的海拔高度。巨犀在渐新世早期从今天青藏高原北侧的蒙古高原经中国西北地区扩散到南亚,巴基斯坦巨犀的后代又在渐新世晚期返回甘肃和新疆,由此证明青藏地区尚未上升成今天的高原,没有足够的高度阻碍像巨犀这样的大型哺乳动物的扩散。   研究工作得到第二次青藏高原综合科学考察研究、中科院战略性先导科技专项和国家自然科学基金的资助。   论文链接 图1.临夏巨犀的头骨和下颌骨正型标本图2.临夏巨犀的第二颈椎(枢椎)图3.甘肃临夏盆地的新生代地层图4.临夏巨犀在渐新世晚期的生态复原(陈瑜绘)图5.巨犀的系统发育关系图6.巨犀属在渐新世的分布和扩散

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  近日,中国科学院深圳先进技术研究院生物医药与技术研究所研究员耿晋、博士后张一川和英国爱丁堡大学的MarkBradley等探索了利用医用放射治疗X射线源激活抗肿瘤前药的可能性,并取得了一系列成果。研究结果以Switchingonprodrugsusingradiotherapy为题,发表在NatureChemistry上,耿晋和张一川为论文的第一作者,耿晋和MarkBradley为论文的共同通讯作者。  化疗药物经过长期发展,目前在癌症治疗中占据重要地位,然而,一些传统化学治疗药物不能选择性地杀死或阻止肿瘤细胞的增殖,相反,它们作用于包括正常细胞在内的所有组织和细胞,导致了化疗的副作用。前药(Prodrug)技术被认为是一种可有效解决该问题的方法,通常可通过化学合成或生物合成的方法将原型药的活性位点进行修饰,使其失去药理活性而转化为低毒性或无毒性的前药。当前药到达肿瘤区域时,通过肿瘤微环境刺激或通过外界刺激将修饰基团解离,释放原型药分子,即可在保证对正常组织和细胞影响最小化的同时杀伤肿瘤,实现肿瘤精准治疗的目的。  通常,用于激活前药的刺激可分为两大类——内部刺激和外部刺激,其中,内部刺激主要包括肿瘤微环境中过表达的酶、较低的pH、较低的氧含量以及肿瘤细胞产生的氧化还原性物质等;外部刺激相对而言具有更高的时空可操控性,如光、超声波、热辐射以及合成分子注射等刺激能够在指定时间、指定部位实现对前药分子的高效激活。  放射治疗作为一种有效抑制肿瘤生长的治疗手段,常与药物治疗联合使用以治疗晚期癌症。恶性肿瘤同期放化疗(concomitantchemo-radiotherapy或chemoradiotherapy)源于综合治疗的理念,目前已成为一些临床常见肿瘤的标准治疗模式,用于延长患者生存期。然而,目前的联合治疗方法通常是利用化学药物促进放射治疗效果,但利用放射治疗射线源(即X射线)作为刺激能量源激活前药的研究仍有限。但不难想象,如果将抗肿瘤药物制成可通过X射线激活的前药,给药后由于前药本身的低毒性,则可有效降低其对患者产生系统毒性,在放射治疗时,X射线针对肿瘤区域的辐射能够激活肿瘤区域内的前药分子激活其药效,从而实现针对肿瘤的精准杀伤,并有效降低药物分子对正常组织产生的副作用。  在课题研究初期,研究人员对数十种可能通过X射线实现化学结构转化的潜在活性分子进行了大规模筛查,并且发现包括磺酰叠氮以及氟代芳基叠氮等几类分子能够在低剂量X射线辐射下高效转化为对应磺酰胺和芳香胺。以此为基础,研究人员进一步将这几类活性基团引入抗肿瘤药物中,制备合成了相应的前药分子以及荧光标记物,并在细胞和动物层面上分别验证了其药理活性以及生物安全性。该研究构建的前药分子相比于原型药能够在保持药效的同时有效降低系统毒性,显著延长了实验动物的生存期。因此,该研究工作开创了一种全新的前体药物设计方案,实现精准放化疗结合治疗,有望在未来人类对抗肿瘤的道路上发挥重要作用。  论文链接 图1.研究人员通过X射线辐射成功激活了香豆素类荧光标记物以及帕唑帕尼、阿霉素两种药物分子 图2.(a)在X射线作用下前药被有效激活转化为原型药阿霉素,在(b)分子水平、(c)细胞层面、以及(d)动物模型上都验证了前药向阿霉素的有效转化,(e)并且CK、CK-MB、及LDH等标志物测试结果显示前药策略有效降低了阿霉素对小鼠产生的副作用

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  回声定位(echolocation)是指动物通过比较发出声波和接收回声的信息差别,进行导航、觅食等活动的一种定向行为。人们所熟知的回声定位动物主要包括食虫蝙蝠和齿鲸等。  6月18日,Science在线发表了一篇题为Echolocationinsoft-furredtreemice的ResearchArticle。该论文是中国科学院昆明动物研究所遗传资源与进化国家重点实验室研究员施鹏课题组、研究员蒋学龙课题组和研究员刘振课题组联合攻关的研究成果。该研究中,研究人员通过整合行为学、解剖学、基因组学以及基因功能实验多个独立的证据,证实了啮齿目猪尾鼠属(Typhlomys)的物种具有的回声定位能力(图1、2)。这一类新的回声定位的哺乳动物类群的发现,使得适应性复杂性状回声定位独立起源和演化的次数提高到了至少6次,成为自然界中性状趋同演化的典型案例。  施鹏课题组和刘振课题组长期从事回声定位的趋同演化和分子遗传机制等方面的研究工作,已发表了一系列的研究论文,包括CurrentBiology(2010),MolecularBiologyandEvolution(2014),ScienceAdvances(2018)等。蒋学龙课题组长期从事猪尾鼠的行为生态和系统发育与分类的研究工作,并在2017年报道了猪尾鼠属的一个新种(Chengetal.2017)。在此基础上,三个课题组综合利用行为学实验、解剖特征分析、比较基因组分析、基因功能实验等交叉研究手段,证实了猪尾鼠是一个全新的、独立演化出回声定位适应性性状的哺乳动物类群,提示着学界可能在很大程度上低估了适应性复杂表型的生物多样性。  昆明动物所博士何锴、刘奇、许东明和祁飞燕为论文的共同第一作者,施鹏、蒋学龙和刘振为论文的共同通讯作者。研究工作获得第二次青藏高原综合科学考察研究、国家重点研发计划、国家自然科学基金等的资助。  论文链接图1.多个实验证据证实猪尾鼠具有回声定位的能力(Multiplelinesofevidenceforecholocationinsoft-furredtreemice(Typhlomys))图2.中华猪尾鼠(Typhlomyscinereus),供图:刘奇、马晓峰

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  硫是自然界中的重要挥发分之一,其在岩浆的演化、金属矿床的形成、火山喷发以及环境变化中发挥重要作用。与俯冲带相关的弧岩浆岩地幔源区中含有200-500ppm硫,高于亏损地幔,这反映了板片在弧下深度脱水/熔融时会将大量的硫通过板片释放的熔/流体再循环入地幔中。熔/流体中硫的溶解度决定了其运移硫的能力,也制约着再循环入地幔的硫的量。因此,俯冲带温度压力下熔/流体中硫溶解度的测定对俯冲带硫循环起着限定作用。然而,前人对硅酸盐熔体中硫溶解度的实验研究大部分是在低压(<1GPa)下进行的,很少有在俯冲带温压下进行硫溶解度的实验,这限制了对俯冲带硫循环的认识。  中国科学院广州地球化学研究所助理研究员徐峥和研究员李元为了确定俯冲大洋板片部分熔融时产生的熔体运移硫的能力,进而设计了一系列实验。研究人员以反映大洋板片中沉积物和蚀变MORB熔融产物的流纹质熔体和安山质熔体为初始熔体,硫酸钙为硫源,在0.5-5GPa、900-1200℃的温压条件下进行了一系列实验,测得在硫酸钙饱和时,硅酸盐熔体中硫的溶解度(SCAS)为170-3500ppm硫。SCAS随熔体中CaO、水含量以及温度的增加而增大,而压力对SCAS的影响可忽略不计。研究人员还收集了文献发表的SCAS数据,并以此为基础来评估前人的SCAS经验模型。结果表明,Zajacz和Tsay(2019)提出的SCAS经验模型最精确(图1)。  利用Zajacz和Tsay(2019)的SCAS经验模型,该研究估计俯冲带板片在弧下深度熔融时熔体中至多可携带300-1200ppmS6+。但由于岛弧岩浆岩源区中板片熔体组分的比例有限,单纯熔体交代地幔无法为弧下地幔提供足够的硫以达到后者的高硫含量(图2a)。尽管如此,熔体中的S6+仍可通过将地幔中的Fe2+氧化为Fe3+,使地幔的氧逸度升高至FMQ+0.5至FMQ+2(图2b)。  地幔熔融时,假设地幔中的硫均以S2-形式存在,那么产生的熔体中S2-会将Fe3+还原为Fe2+,导致熔体氧逸度相对源区偏低。基于这个原理,研究人员计算了地幔熔融时熔体的氧逸度,发现当熔融程度很小(<2%)时,由于进入熔体的S2-较少,熔体与源区氧逸度相差无几;当熔融程度较大时,进入熔体的S2-较多,导致熔体的氧逸度相对源区明显偏低(图3)。  此外,该研究还计算了弧岩浆演化时硫含量和氧逸度值的变化。研究人员认为,当弧岩浆演化时,硫会随着硫化物的分离结晶和去气作用而从岩浆中分离。母岩浆的氧逸度越低,从岩浆中分离的硫的量就越多(图4)。如果演化的弧岩浆是大陆地壳的主要来源,那么只有在母岩浆的氧逸度较低(不高于FMQ+0.5至FMQ+1)时,演化后的弧岩浆中的硫含量才可能与大陆地壳值相吻合。  相关研究成果以Thesulfurconcentrationatanhydritesaturationinsilicatemelts:Implicationsforsulfurcycleandoxidationstateinsubductionzones为题,发表在GeochimicaetCosmochimicaActa上。研究工作获得国家重点研发计划重点专项、国家自然科学基金的资助。  论文链接 图1不同经验模型计算得出的SCAS与实测值对比。实线代表计算值与实测值相等,虚线代表计算值为实测值的0.8倍和1.2倍图2板片熔融产生的熔体交代地幔时(a)地幔硫含量和(b)地幔氧逸度的变化图3部分熔融时熔体氧逸度的变化图4岩浆演化(岩浆MgO降低)时岩浆、硫化物、硫酸盐和流体中的硫占初始硫比例的变化

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