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  铁(Fe)是植物和其他生物体生长必需的元素,尽管土壤中含量丰富,但大部分铁以不溶性还原型铁(Fe3+)的形式存在,难以被植物吸收。因此植物往往通过分泌H+或者小分子化合物的方式还原或者螯合铁,使之更容易被植物吸收利用。硝酸盐的吸收会造成土壤碱化从而影响Fe的吸收,导致植物出现缺铁性褪绿症状,因此研究氮与铁的营养关系对改善农业铁缺乏,从而提高作物产量具有重要意义。  9月20日,中国科学院分子植物科学卓越创新中心研究员龚继明研究组在Plantcommunication在线发表了题为TwoNPFtransportersmediateironlong-distancetransportandhomeostasisinArabidopsis的研究论文,报道了硝酸根转运蛋白家族(NRT1/PTRFamily)中NPF5.9和NPF5.8是参与植物缺铁应答及稳态和长途运输机制的重要基因。该研究在NPF家族中筛选到受缺铁强烈诱导的基因NPF5.9,主要在植物的维管组织高表达。该基因的定位并非传统的细胞质膜,而很可能位于胞内的反式高尔基体膜(TGN)。酵母突变体中异源表达NPF5.9表明其具有铁相关的转运活性,植物体内NPF5.9过表达促进了Fe往地上部库组织的运输,但是突变体则不表现任何症状。NPF5.9的同源基因NPF5.8具有相似的表达模式,且单突仍无明显表型。npf5.8npf5.9双突变体则出现萌发率低、株型矮小、果荚发育异常等症状,花、莲座叶的Fe含量降低,浇灌铁能恢复部分表型,说明二者在铁稳态调控中功能冗余。进一步研究发现,这两个基因皆调控低亲和力的硝酸根转运,并显著影响植物体内的硝酸根分配,但硝酸根和铁的积累之间互不影响,说明NPF5.9和NPF5.8可能通过氮素衍生物等间接方式调控铁的平衡,这在最近发表的文章中得到证实(Chaoetal.,2021,ScienceAdvance),其在植物体内还通过硝酸根分配实现某种尚未阐明的生物学功能。  研究工作得到中科院战略性先导科技专项和国家重点研发计划的支持。  论文链接研究发现硝酸盐转运蛋白介导植物体内铁的再分配

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  利用可再生能源进行二氧化碳高值化转化是实现碳达峰、碳中和目标的重要途径。其中,以CO2为原料合成环状碳酸酯(可作为重要有机溶剂和电池电解液)是CO2高效应用的重要路线。  中国科学院宁波材料技术与工程研究所气体催化与分离团队和电化学环境催化团队从理论设计和实验验证出发,设计出面向上述催化反应的高效催化剂。研究团队以Al(NO3)3和C3N4为前驱体,运用两步热解法制备出具有高含量Al单原子负载的氮掺杂多孔碳纳米片(Al-N-C,图1)。光照下,Al-N-C催化环氧化合物与CO2的环加成反应的性能显著优于同等热效应条件下的催化性能(图2)。实验分析和理论计算表明,光照能激发的Al-N-C的光热转化性能,并利于Al-N-C催化剂的光生电子向环氧化物反应物转移,从而加速环氧化合物的开环步骤(决速步,图3),实现高附加值环状碳酸酯的高效制备,具有潜在的应用价值。  相关研究成果发表在AdvancedMaterials(DOI:10.1002/adma.202103186)上。研究工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、宁波“科技创新2025”计划、博新计划、中国博士后科学基金等的资助。图1.高含量Al单原子负载的N-C催化剂图2.Al-N-C催化剂光驱动CO2环加成反应图3.Al-N-C催化剂光驱动CO2环加成反应的机理研究

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  9月27日,中国科学院上海药物研究所、上海交通大学仁济医院、国家蛋白质科学中心、烟台药物研究所等合作,在NatureNanotechnology上,发表了关于工程化T淋巴细胞膜修饰干扰素(IFN)表观遗传纳米诱导剂改善肿瘤免疫治疗的最新研究成果(Tlymphocytemembrane-decoratedepigeneticnanoinducerofinterferonsforcancerimmunotherapy)。科研团队创造性地设计构建了“精准递送+智能释药一体化”的仿生纳米囊泡,揭示了该纳米递药系统的作用机理,取得了肿瘤特异性IFN诱导并同时克服免疫耐受的重要进展。  免疫疗法是肿瘤治疗领域的革命性进展,肿瘤内I型IFN的水平与包括结肠癌、黑色素瘤和三阴性乳腺癌等在内的多种肿瘤预后密切相关。目前,临床上可以通过注射重组人IFN提高其瘤内水平,但其肿瘤靶向性差、疗效低,且易产生明显的全身免疫毒性。化疗药物、分子靶向药物及表观遗传药物在一定程度上诱导肿瘤内IFN表达,但由于特异性差,效果并不理想,特别是瘤内IFN的上调会不可避免地诱导多种免疫检查点分子表达,促使肿瘤发生免疫逃逸进而产生免疫耐受。因此,如何选择性提高瘤内IFN等免疫分子水平,同时克服其诱导的免疫耐受,是肿瘤免疫治疗领域亟待解决的重要科学问题。  针对上述临床需求,上海药物所研究员张鹏程、李亚平团队采用基因工程技术构建出高表达程序性死亡受体-1(PD1)的T细胞,并获得该工程化细胞的膜囊;使用其包裹负载赖氨酸特异性组蛋白去甲基化酶1(LSD1)抑制剂ORY-1001的白蛋白纳米粒;以还原敏感穿膜肽M70对其进行表面修饰获得表观遗传调控纳米囊泡(OPEN)(图A)。静脉注射后,OPEN通过受配体(PD1/PDL1)的识别,主动靶向递送ORY-1001至表达PDL1的肿瘤细胞,在胞内谷光甘肽酶(GSH)的作用下快速释放ORY-1001,上调IFN表达,促进抗原递呈细胞(APCs)活化和抗原呈递,活化细胞毒性T淋巴细胞(CTLs),增加肿瘤微环境内T细胞浸润,同时阻断原有以及IFN上调的多种免疫检查点配体介导的免疫逃逸(图B)。   研究数据显示,OPEN能特异性靶向肿瘤,高效诱导瘤内IFN分泌,上调肿瘤细胞PDL1和主要组织相容性复合体-I(MHC-I)等的表达,并进一步促进OPEN摄取,产生自增强效应,将瘤中CTLs浸润增加了29倍,显著降低ORY-1001的免疫副作用(图1C),在动物模型上,有效抑制三阴性乳腺癌、黑色素瘤或结肠癌的生长(图D)。该研究拓展了精准递送+智能释药一体化技术调控表观遗传、克服免疫耐受、改善肿瘤免疫治疗的新方向,并为提高包括IFN在内的兼具抗癌活性和促进免疫逃逸的活性分子疗效以及降低其免疫副作用提供了新思路。  研究工作得到国家自然科学基金、中科院青年创新促进会和山东省自然科学基金的支持。  论文链接   A、PD1过表达CTLL-2细胞的构建和负载ORY-1001纳米囊泡(OPEN)的制备;B、OPEN被肿瘤细胞PDL1识别并入胞,上调IFN表达,增加肿瘤微环境内T细胞浸润并促进CTL活化,同时阻断PDL1介导的免疫逃逸;C、OPEN特异性靶向肿瘤,显著上调瘤内IFN表达,促进抗原递呈,提高肿瘤中细胞毒性T细胞浸润并有效解除ORY-1001造成的免疫抑制;D、OPEN显著抑制乳腺癌和黑色素瘤的生长

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  经典的细胞分裂素信号转导依赖于组氨酸受体激酶HK、组氨酸磷酸转移酶HP,以及细胞分裂素响应因子RR中的组氨酸(H)和天冬氨酸(D)之间磷酸基团的转移,然而这一磷酸中继(phosphorelay)过程调控的分子机制仍有待探究。在水稻中,细胞分裂素可以显著调控穗粒数,但对粒重或籽粒大小的调控功能尚不清楚。  中国科学院遗传与发育生物学研究所研究员储成才研究组、研究员张劲松/陈受宜研究组和中国农业科学院研究员童红宁研究组合作发现,控制籽粒大小的PPKL1是细胞分裂素信号新组分,PPKL1的D364位点通过引诱细胞分裂素磷酸转移蛋白AHP2上的磷酸基团,降低从AHP2向细胞分裂素响应因子RR21蛋白的磷酸中继效率,抑制水稻籽粒发育(如图)。  研究人员通过大规模诱变,筛选到一个大粒突变体s48并克隆了突变体基因PPKL1,发现其与之前报道的控制水稻籽粒大小的基因GL3.1在同一位点突变,但导致了氨基酸的不同变化。与RR蛋白类似,PPKL1可与AHP2蛋白直接互作,并且D364位点所在区域与RR蛋白的磷酸基团接受域氨基酸组成和序列十分相似,然而D364并不能像RR蛋白一样接收磷酸基团。当PPKL1-D364存在时,AHP2向RR21的磷酸中继效率大幅降低,而D364突变后对磷酸中继没有影响,相应地籽粒显著增大。PPKL1-D364可能作为细胞分裂素信号的关键抑制子,避免水稻籽粒的过度发育。  水稻中PPKL家族包含三个成员,均能干扰细胞分裂素磷酸中继信号,具有冗余功能。PPKL1-D364的突变丧失了对磷酸中继的抑制功能,但由于突变蛋白仍占据与AHP2互作位置,从而通过显性负调控机制组成型激活细胞分裂素信号,导致籽粒显著增大。研究以水稻品种空育131为材料,对D364所在区域进行原位基因编辑,获得多个非移码突变基因型,可不同程度地增大籽粒,并且与D364突变一样均为半显性,部分基因型可显著增产。该研究中,研究人员共创制了千粒重从20g到38g渐次分布的水稻材料,暗示PPKL1在作物精准设计育种中具有较大应用潜力。  PPKL家族是油菜素内酯主信号通路中的重要组分,其羧基端的磷酸酶区域对油菜素内酯信号传递是必需的。D364位点位于氨基端,其对细胞分裂素信号的抑制并不依赖于磷酸酶活性,暗示PPKL1可能介导了两大植物激素间的相互作用,为理解油菜素内酯调控细胞分裂的功能提供了线索。PPKL家族蛋白对细胞分裂素信号抑制作用的功能位点隐藏在油菜素内酯信号组分中,发掘并利用其对作物进行分子设计改良具有应用价值。  相关研究成果以ACrypticInhibitorofCytokininPhosphorelayControlsRiceGrainSize为题,在线发表在MolecularPlant上。研究工作得到国家自然科学基金等的资助。 PPKL1调控水稻籽粒大小的竞争抑制分子机制模型

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  肿瘤坏死因子超家族(tumornecrosisfactorsuperfamily,TNFsuperfamily)相关分子是天然/获得性免疫调节和功能发挥的关键,该家族许多成员都是肿瘤免疫治疗和抗炎症药物研发的药物靶标。近年来,4-1BB和GITR等激活型免疫检查点分子是备受关注的TNF受体(TNFR)超家族成员,有多款抗体药物处在临床验证阶段,其配体结合机制和抗体药物作用机制研究对于新型免疫治疗策略的开发具有重要参考价值。前期研究中,中国科学院微生物研究所研究员高福团队阐明了4-1BB与其配体和激活型抗体作用的分子基础,对于理解4-1BB活化的分子基础及抗体药物开发具有重要意义(LiY.,etal.,2018.CellReports)。近日,该团队报道了共刺激受体糖皮质激素诱导的肿瘤坏死因子受体家族相关蛋白(GITR)与其配体GITRL的“非典型”相互作用机制,相关研究成果发表在CellReports上。  GITR是参与T细胞应答调节的免疫检查点分子,靶向GITR的激活型单克隆抗体在临床研究中显示出良好的药物耐受性和显著的肿瘤抑制活性。GITR及其配体GITRL是TNF/TNFR超家族的重要成员。前期研究显示,TNF/TNFR超家族中受体-配体结合模式高度保守,受体分子与三聚体配体按照1:1的比例结合形成“3+3”的复合物,TNFR分子一般与由两个相邻TNF分子形成的侧裂区域结合,三聚体配体介导的受体交联被认为是受体信号激活的基本模式。鼠源GITR/GITRL复合物晶体结构解析与一系列细胞/蛋白水平实验验证显示,两个单体GITR分子与二体GITRL形成“2+2”复合物,GITR通过其CRD2结构域结合GITRL,二者之间的结合面与经典的TNF/TNFR超家族分子不同,位于GITRL的N149和位于GITR的D93-I94-V95决定受体/配体间主要的相互作用,表明GITR/GITRL不同于经典TNF/TNFR超家族的“非典型”相互作用模式。GITR单个结构域介导其与配体的结合现象提示,这种独特的作用模式或是TNF/TNFR超家族进化过程中的较为古老的结合模式,而其他TNFR超家族成员分子与配体结合往往已进化为由两个不同结构域介导结合的特异性与高亲和力。研究发现,小鼠GITR中的D93-I94-V95(DIV)与人GITR中相应的K105-F106-S107(KFS)区域决定受体与其配体结合的种属特异性。尽管鼠源与人源GITR/GITRL不能交叉识别,小鼠GITR配体结合关键位点“DIV”至“KFS”突变导致其与人GITRL交叉识别,并在NFAT-Luc-JurkatT细胞信号模型中诱导T细胞激活信号。  该研究发现的GITR/GITRL不同于经典TNF/TNFR超家族的“非典型”相互作用模式,拓展了关于TNF/TNFR超家族分子相互作用模式的认知,并为基于GITR/GITRL相互作用的药物设计提供了理论基础。研究工作得到中科院战略性先导科技专项、国家重大科技专项的支持。  近年来,该团队在免疫检查点受体分子的配体识别机制及抗体药物作用机制研究方面开展了系列工作,相关成果发表在CellResearch、PNAS、NatureCommunications、CellReports、EMBOReports等上,这为理解T细胞免疫调节机制以及免疫检查点分子为基础的药物开发提供了重要的理论依据。  论文链接 GITR/GITRL的复合物结构和决定GITR结合特异性的“DIV/KFS”基序

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  双折射晶体是制备偏振器、光隔离器、环形器、相位延迟器等器件的关键材料,被广泛应用于激光偏光技术、偏光信息处理、高精度科研仪器等领域。目前,α-BaB2O4作为综合性能最优秀的紫外双折射晶体,其双折射率小于YVO4和TiO2,影响光学器件的小型化。因此,设计探索具有大双折射率的紫外双折射晶体尤为重要。与π-共轭基元[BO3]、[CO3]、[NO3]相比,极性小或无极性的非π-共轭基元[PO4]不利于产生大双折射率,因此,在磷酸盐体系中设计大双折射晶体是一个挑战。  针对设计磷酸盐大双折射晶体的难题,中国科学院新疆理化技术研究所研究员潘世烈团队以利于产生大光学各向异性的KBe2BO3F2层为结构模板,将具有孤对电子效应的[SnOX]多面体和[PO4]进行组装,设计制备出毫米级Sn2PO4I晶体,并对该晶体进行了光学性能测试,有趣的是,Sn2PO4I的双折射率大于等于0.664@546nm,超过目前已报道硼酸盐、磷酸盐晶体的双折射率,是商业化双折射晶体YVO4的2.2倍,打破了在磷酸盐体系中设计大双折射晶体的壁垒。理论计算分析表明,一致排列的[SnOI]多面体是其大双折射率的主要来源。同时,该研究基于SCB模型分析了19例含Sn2+硼酸盐和磷酸盐中孤对电子对双折射率的贡献,发现Sn2PO4I的孤对电子化学立构活性更加明显,而且孤对电子排列方向较好。  Sn2PO4I晶体除了具有大的双折射率,该晶体还具有较低的生长温度、良好的化学稳定性,有望在偏振器、光隔离器等光学器件中得到应用,为未来探索大双折射材料提供了可行有效的方法。该研究成果发表在《德国应用化学》上。  论文链接 图(a)Sn2PO4I的晶体结构;(b)[PO4]和[Sn2O4]形成的二维[Sn2PO4]∞层

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