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  1月18日,中国科学院北京生命科学研究院赵方庆团队于Bioinformatics杂志上在线刊发了题为VisualizationofcircularRNAsandtheirinternalsplicingeventsfromtranscriptomicdata的研究。该研究主要开发了环形RNA的可视化工具——CIRI-vis软件,具有将CIRI-AS或CIRI-Full的输出结果可视化,且可以批量展示环形RNA上的读段信息与内部结构的优势。  环形RNA是一类广泛存在于真核生物中的非编码RNA分子,其独特的5’-3’反向剪接特征成为绝大多数环形RNA识别工具的靶点。随着算法的进步,对环形RNA的识别从反向剪接位点的识别发展到内部序列的识别,研究者们发现可变剪接现象在环形RNA中普遍存在。这个情况表明,环形RNA的分析应与线性RNA一样,需要将其内部的所有剪接产物的结构与相对丰度考虑在内。过去的研究只验证了少数环形RNA的功能,并且发现环形RNA的功能都与其独特的结构有关,这表明只有将环形RNA的分析提升到剪切产物结构的水平才能准确地预测环形RNA的功能。因此对环形RNA内部结构的直观展示将有利于研究者们筛选出有潜在功能的环形RNA剪接产物,推动环形RNA研究领域的发展。  CIRI-vis是赵方庆团队所开发的环形RNA预测流程——CIRI系列的一环,该方法用java语言编写,可以在安装有java虚拟机的平台上运行。其主要功能是将CIRI-AS与CIRI-Full所输出的文本文件进行归纳,将环形RNA上的读段信息进行重新整合后再将其进行图形化展示,储存在svg/pdf格式的文件中。它是首次将环形RNA进行细节展示的工具。当CIRI-vis对环形RNA进行细节展示时,其首先生成环形RNA所在区域的概况,包括测序覆盖度,已注释线性RNA外显子坐标和环形RNA外显子坐标;在主坐标下方,青绿色的柱状图代表了环形RNA读段的覆盖度;再下方的条带代表了读段的位置,曲线代表了内部的剪接事件;而最下方的环形图代表了可能存在的环形RNA剪接产物的结构并按相对丰度大小排序,环左上角的数字代表了其绝对表达量。  此外,CIRI-vis还支持多样本间的环形RNA比较。在输入指定的环形RNA反向剪接位点列表后,CIRI-vis会以简略图的方式把多个样本中该位点的环形RNA并列显示在左侧,然后将各个剪接产物的结构以及其相对表达量的柱状图显示在右侧。这种方式可以直观展示相同环形RNA在不同样本中的不同剪接方式,以及主要的剪接产物结构。  CIRI-vis是第一款可以在剪接产物层面上对环形RNA进行展示的软件。该软件不仅能够从细节上展现环形RNA的内部结构,同时还能比较不同样品之间剪接产物种类与丰度的异同。这些功能不仅有助于研究者理解他们研究的样品中环形RNA的构造,同时也可以以更高的分辨率筛选出有功能的环形RNA。并且,得益于成熟的CIRI-Full流程,CIRI-vis所带来的环形RNA可视化功能不仅灵敏度高,且操作便捷,可视化界面简洁,对用户十分友好。因此,CIRI-vis将成为一款优秀的环形RNA辅助分析软件,对更高精度的环形转录组分析有重要意义。  该工作由赵方庆课题组博士郑毅完成,并得到科技部重点研发计划和国家自然科学基金委及中科院的经费支持。赵方庆团队在前期的工作中建立了环形RNA识别、转录本组装、可变剪接检测及定量等方法,相关工作发表在GenomeBiology(2015)、NatureCommunications(2016,2020)、BriefingsinBioinformatics(2017)、TrendsinGenetics(2018)、GenomeMedicine(2019)、CellReports(2019)和Bioinformatics(2020)。这些研究丰富了人们对环形RNA的组成及结构的认识,为深入了解这一崭新类型的非编码RNA分子奠定了方法学基础。  论文链接 CIRI-vis工作流程

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  近年来不断发现来自太阳系外的有着极端双曲线轨道的天体,引发了科学家的关注。在椭圆轨道上围绕太阳公转的小天体轨道在某种力的作用下也可能会变成双曲线轨道。日本国立天文台的研究小组最近计算了此类双曲线轨道天体的概率和轨道。结果发现,近年来发现的奥陌陌(1I/2017 U1,Oumuamua)和鲍里索夫彗星(2I/2019 Q4,Borisov)两个双曲线轨道天体,都很可能来自太阳系外。  2017年和2019年发现的天体奥陌陌和鲍里索夫与普通彗星绕太阳公转的椭圆轨道不同,它们与太阳系内的天体相比速度极快,具有永远不会再接近太阳的极端双曲线轨道。它们都来自太阳系外,可能是“奥尔特云”中的小天体受到其他天体影响,速度提高。据推算,“奥尔特云”距离太阳有1000至10万天文单位(1天文单位是地球和太阳的平均距离)。  日本国立天文台的研究人员调查了恒星间天体冲入太阳系,以及“奥尔特云”的天体受到其他天体引力影响加速的情况下,会以怎样的概率进入怎样的轨道。结果发现,除了质量相当于木星几倍的天体通过“奥尔特云”之外,太阳系内的天体很难达到如此快的速度。如果有如此大的天体经过太阳系附近的话,在严密的观测中应该被发现。然而没有被检测到,因此可以认为极端双曲线轨道的天体起源于太阳系以外的可能性很高。  研究小组期待今后继续发现极端双曲线轨道天体。对这些起源于太阳系外的天体进行质量、亮度、速度分布等理论研究,能获得太阳系内外关系更详细的信息。

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  根据英国《自然·通讯》杂志21日发表的地球科学研究,美国国家航空航天局(NASA)的研究人员报告称,最新证据显示,澳大利亚西部的亚拉布巴陨石坑或是地球上现存最古老的撞击构造,超过此前纪录2亿多年。对坑内受撞击矿物的地质年代测定发现,一颗陨石曾在22.29亿年前撞击过该处。  地球以外的小天体或其碎块被地球引力场捕获,会形成陨石撞向地球表面,陨石撞击在地球表面形成环形的凹坑,这就是撞击坑。但地球的地壳运动不可避免,于是,由于构造学和腐蚀的原因,地球的表面持续发生改变,这就意味着很难鉴定出非常古老的撞击坑。  虽然此前有研究在澳大利亚和非洲部分地区发现了超过20亿年的撞击抛射物质,并进行了测年,但相应的撞击坑一直无法确定。亚拉布巴陨石坑被认为是地球上最古老的撞击构造之一,不过由于原始陨石坑不可避免地被侵蚀,陨石坑的许多特性很难分辨,其精确年龄也一直未知。  此次,美国国家航空航天局(NASA)约翰逊宇航中心研究人员迪蒙斯·埃里克森及其同事,通过分析亚拉布巴撞击构造内部的撞击再结晶矿物,揭示了这次撞击事件的精确年龄:22.29亿年±500万年,是迄今发现的地球上现存最古老的撞击构造。  研究团队指出,最新确定的亚拉布巴陨石坑形成年代恰逢当时该地区遭遇冰期。撞击的数字模拟显示,如果导致亚拉布巴陨石坑形成的陨石曾撞上大陆冰盖,可能会向大气中释放87万亿到5000万亿千克的水蒸气,这会使地球气候发生潜在变化。

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  一架重约35千克的八轴旋翼无人机缓缓升空,当升至几十米的高度时,分别向100米外的地面A、B两点射出一对纠缠光子,两个光子在历经大气湍流、雨水、阳光等干扰后,仍能几乎完好地抵达地面。1月20日,科技日报记者从南京大学获悉,该校祝世宁、谢臻达、龚彦晓团队历时两年多研发的这套系统,在国际上首次实现基于无人机的量子纠缠分发,填补了该领域的空白。  这一研究成果近日发表于著名期刊《国家科学评论》。有评论指出,量子通信的“下一个最佳选择可能是相对便宜的无人机”。  此前,量子纠缠分发主要有两种,一种需依托光纤链路;另一种是在卫星和地面之间的自由空间分发传输。“用无人机进行量子纠缠分发,具有机动快速、按需组网、易于扩展、成本低廉的特点。”中国科学院院士、南京大学教授祝世宁说,从2017年开始,研究团队便辗转南京、石家庄、兰州做实验,最终实现了基于无人机的量子纠缠分发。  这架八轴旋翼无人机可以搭载10千克的量子通信系统。测量结果显示,A、B两点光子纠缠态的贝尔不等式S值达到2.49,量子纠缠分发获得成功。  “我们的实验结果证明传输链路稳定,损耗比较低。”南京大学教授谢臻达说,量子纠缠分发是量子通信的重要手段之一,实验的成功,预示着利用无人机构建量子通信网络是有可能的。  实验的成功来自无人机上搭载的诸多系统,例如高性能集成化量子纠缠光源、光信号收发一体系统等。谢臻达说,根据实验结果,单光子测量可以在白天、雨天等多气象条件下正常进行,这意味着基于无人机的量子纠缠分发,有可能让量子通信网络随时随地按需覆盖。

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  记者从南京大学获悉,该校与中国科学院联合团队在“天河二号”超级计算机支持下,以化石记录重现生物演化历史,改变了当前对古生代(约5.4亿年—2.4亿年,相当于寒武纪至三叠纪早期)海洋生物多样性演化的认知。相关成果1月17日在线发表于《科学》。  生命起源与演化是世界十大科学之谜,也是《科学》杂志列出的125个重大科学问题之一。地球上曾经生活的生物中99%以上已灭绝,但只有很少一部分能保存为化石。如何通过不完整的化石记录,重建地球历史生物多样性的变化规律,是一个重大科学难题。  为建立古生代海洋生物多样性曲线,南京大学地球科学与工程学院教授樊隽轩与中国科学院院士沈树忠领导的团队收集并遴选出3112个地层剖面,以及11268个海洋化石物种的26万条化石数据。在“天河二号”超级计算机支持下,团队自主开发了新算法,重建古生代海洋生物多样性曲线,其时间分辨率约为2.6万年,较国际同类研究的精度提高了400倍左右。  该项研究表明,前人使用的低分辨率且不均一的时间标尺,会直接影响对古生物多样性的估算,导致无法准确评估生物多样性的变化速率和模式,并可能掩盖突发性的重大事件以及短时间的剧烈波动。新建立的多样性变化曲线,更加准确地重现了地质历史中最大的三次生物灭绝事件和两次重大生物辐射事件的精细过程。  其中,2.52亿年前发生了人类迄今为止识别出的最大规模生物灭绝事件,导致约80%的海洋生物在数万年内迅速灭亡。这一事件的发生,与当时全球气候的快速升温密切相关。两次重要的生物辐射事件,分别发生在4.9亿年—4.7亿年前和3.4亿年—3亿年前,并均与当时全球气候的逐渐变冷同步。“理解这些重大生物事件的驱动机制,对于人们认识当今地球生物多样性,以及人类面临的第六次大灭绝及其与全球气候变化之间的关系,具有重要启示意义。”沈树忠说。  研究选取了六种与气候变化密切相关的环境指标,包括碳、氧、锶同位素、沉积物质总量、大气二氧化碳含量等。虽然这些环境指标还缺少高分辨率的时间约束,但“初步的分析表明,大气二氧化碳含量是一个与生物多样性存在相似的、长期模式的环境因素。”樊隽轩表示,未来科学研究需要建立高时间分辨率的环境因素曲线,与生物多样性曲线进行更加准确、可靠的对比分析,从而识别各种环境指标与多样性变化之间是否存在因果关系。  (原载于《中国科学报》2020-01-22第1版要闻)

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  武汉新型冠状病毒感染的肺炎病例仍在蔓延。1月21日,中国科学家发表的一篇最新论文,首次揭示新型冠状病毒进化来源,以及其传播依赖的可能蛋白,为人们认识这种新型病毒提供了重要线索和科学依据。  1月21日,中国科学院上海巴斯德研究所研究员郝沛、军事医学研究院国家应急防控药物工程技术研究中心研究员钟武和中国科学院分子植物卓越中心合成生物学重点实验室研究员李轩合作,带领研究团队在《中国科学:生命科学》英文版上发表论文,分析阐述了引起近期武汉地区肺炎疫情暴发的新型冠状病毒的进化来源,及其与导致“非典”疫情的SARS冠状病毒、“中东呼吸综合征”MERS冠状病毒的遗传进化关系,并揭示了武汉新型冠状病毒spike蛋白,与人体内ACE2蛋白相互作用并介导传染人的分子作用通路。  1月10日,武汉新型冠状病毒的第一个基因组序列数据公布,后来,有多个从患者身上分离的新型冠状病毒的基因组序列陆续发布。这些新型冠状病毒基因组数据,为研究分析武汉新型冠状病毒的进化来源、致病病理机制提供了第一手资料。  此篇科学论文提到,研究团队通过对武汉新型冠状病毒基因组与SARS冠状病毒、MERS冠状病毒进行了全基因组比对,发现平均分别有约70%和约40%的序列相似性。  据论文作者之一郝沛介绍,为了解析武汉新型冠状病毒的进化来源和可能的自然界宿主,研究者发现,武汉新型冠状病毒属于Beta冠状病毒属——蛋白包裹的单链正链RNA病毒,寄生和感染包括人在内的高等动物。  郝沛说,这种病毒在进化树的位置上,与SARS病毒和类SARS病毒的类群相邻。而武汉冠状病毒和SARS、类SARS冠状病毒的共同祖先,是一个寄生于果蝠的HKU9-1冠状病毒。研究者推测,武汉冠状病毒的自然宿主可能是蝙蝠。武汉冠状病毒在从蝙蝠到人的传染过程中,很可能存在未知的中间宿主媒介。  此外,研究团队利用分子结构模拟的计算方法,对武汉冠状病毒spike蛋白和人体内的ACE2蛋白进行了结构对接研究,发现武汉新型冠状病毒达到很强的结合自由能。  研究团队认为,这一结果说明,武汉冠状病毒是通过spike蛋白与人ACE2相互作用的分子机制,来感染人的呼吸道上皮细胞。这一研究成果预测了武汉冠状病毒对人的感染能力,为科学防控、制定防控策略和开发检测干预技术手段奠定了科学理论基础。  (原载于《中国青年报》2020-01-2204版)

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