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  对二倍体生物来说,虽然两个等位基因的表达调控对发育至关重要,而且与一些疾病相关,但是现有的研究表明,诸多基因表现为单等位基因高表达,这包括随机单等位基因高表达、印记基因和等位基因特异的表达。其中,等位基因特异的甲基化是等位基因特异表达产生的重要原因之一。然而,现有的研究主要集中于DNA层面。众所周知,RNA在转录和翻译过程中发挥了承前启后的作用,各种各样的RNA修饰相继被发现报道,但是生物体内在RNA层面的修饰是否表现为等位基因特异的修饰,还没有相关的研究。   RNA编辑是RNA水平一种常见的修饰,是增加基因转录和功能多样性的重要形式。中国科学院昆明动物研究所研究员张亚平领导的团队研究了人类和小鼠各种组织中等位基因特异的RNA编辑情况。在人中鉴定出315个等位基因特异的RNA编辑位点,且这些位点在不同组织中有相当比例的重叠。同时,利用远源杂交的小鼠,鉴定到184个等位基因特异的RNA编辑位点,并发现在不同的杂交组合中有相当比例的重叠,这提示鉴定方法是可信的,并证明等位基因特异的RNA编辑是广泛存在的。有意思的是,在鉴定的等位基因特异的RNA编辑位点中有部分位点引起了氨基酸的改变,然而,与之临近的SNP却为同义突变。细胞水平的突变实验揭示这些同义突变的位点会影响RNA编辑的编辑效率,也就是说,同义突变的SNP会导致引起氨基酸改变的RNA编辑表现为等位基因特异的修饰。进一步的SHAPE实验揭示,SNP通过影响RNA二级结构从而产生等位基因特异的RNA编辑。该工作为等位基因特异的RNA编辑研究提供了一个成功的范例,也为解释和疾病以及性状改变相关的同义突变提供了新的思路。   该研究工作以Genomewideanalysesuncoverallele-specificRNAeditinginhumanandmouse为题,在线发表在NucleicAcidsResearch上。昆明动物所博士周中银、齐鲁工业大学博士胡岳、西安理工大学博士李爱民、云南大学硕士研究生李应菊和教授赵卉为文章的共同第一作者,张亚平为文章的通讯作者。该工作的SHAPE实验在中科院生物物理研究所研究员秦燕实验室完成。该工作得到了农业部转基因专项和国家自然科学基金委员会的支持。  细胞实验证实SNP会引起等位基因特异的RNA编辑

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磁场重联是天体物理中普遍存在的一种能量快速释放的基本物理过程,也是太阳风向行星磁层传输物质和能量的重要机制。由于行星空间内部环境及太阳风条件的差异,太阳风通过磁场重联控制行星磁层的程度迥异,研究不同行星的磁场重联对于检验和深入理解地球磁层物理中的一些概念和理论,梳理行星磁层的一般变化规律,探索系外行星空间环境具有重要意义。  在太阳系內禀偶极磁场行星中,水星的磁场最弱,仅为地球的~1%,磁层大小仅为地球的~5%,一般被称作“迷你”磁层。水星同时也是离太阳最近的行星,轨道处的太阳风平均动压是地球轨道处的5-10倍。强太阳风驱动和弱行星磁场的相互作用,使水星空间成为太阳系中尺度最小且动力学特征最活跃的行星磁层空间,和地球相比,水星空间磁场重联更倾向于强驱动重联过程。  中国科学院地质与地球物理研究所地球与行星物理重点实验室行星物理学学科组副研究员钟俊与合作者,利用美国“信使”号卫星数据,首次发现了水星磁尾的重联区及其快速演化过程(如图)。观测数据显示,水星磁场重联具有强驱动快速脉冲式特征,不同于地球的分钟量级,水星的重联时间尺度为秒量级,重联效率在准稳态的情况下可以达到0.2,是地球空间观测平均值的2倍。同时,重联伴随有高能电子的爆发性现象产生。该研究为理解水星磁层空间急剧的大尺度动力学过程提供了重要的观测基础。  研究成果发表于TheAstrophysicalJournalLetters(ZhongJ,WeiY,PuZY,etal.MESSENGERObservationsofrapidandimpulsivemagneticreconnectioninMercury'smagnetotail[J].TheAstrophysicalJournalLetters,2018,860(2):L20.DOI:10.3847/2041-8213/aaca92)。  左图为太阳风与水星磁层相互作用的示意图(上下分别为子午面和赤道面)及磁尾磁场重联的位置;右图为基于卫星观测(35秒)重联区磁场结构的快速演化过程。

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  近日,中国科学院国家纳米科学中心周惠琼课题组将WOx纳米颗粒与商业化的PEDOT:PSS乳液混合用作有机太阳能电池的空穴传输层材料,改善了空穴传输层的表面自由能,优化了活性层的形貌,从而同时提高了器件的效率和填充因子,为高效有机非富勒烯太阳能电池提供了一种简单易行的空穴传输层修饰方法。该研究以AHighlyEffcientNon-FullereneOrganicSolarCellwithaFillFactorover0.80EnabledbyaFine-TunedHole-TransportingLayer为题发表在《先进材料》(AdvancedMaterials,2018,1801801)杂志上。   近年来,有机太阳能电池因其广阔的应用前景而备受关注。而填充因子则是有机太阳能电池中一个重要的光伏性能参数,主要受界面层和活性层性质的影响。   周惠琼课题组将WOx纳米离子与PEDOT:PSS乳液混合,经过细致优化WOx:PEDOT:PSS空穴传输层的组分和膜厚,基于PBDB-TF:IT-4F体异质结的非富勒烯太阳能电池实现了80.79%的填充因子(FF)和14.57%的转换效率(中国计量院验证效率为14.15%)。阻抗分析和瞬态光电流光电压测试等表征揭示了相对于广泛应用的PEDOT:PSS薄膜,WOx:PEDOT:PSS空穴传输层具有更优越的电荷提取性能。AFM和RSoXS测试发现具有不同表面自由能的空穴传输层(WOx,WOx:PEDOT:PSS,PEDOT:PSS)可以调控体异质结层的形貌。通过对比相区尺寸/纯度、载流子寿命、激子解离性能和载流子传输迁移率,研究人员认为WOx:PEDOT:PSS器件具有高的FF来源于更平衡的载流子传输、更长的载流子寿命以及减弱的非辐射电荷复合。   该篇文章的第一作者是助理研究员郑众,是周惠琼课题组前期研究工作(NanoEnergy,2018,50,169-175;J.Mater.Chem.C.,2018,DOI:10.1039/C8TC02933D;RSCAdvances,2017,7,12400-12406)的进一步拓展,与中科院化学研究所侯剑辉课题组(材料合成)、上海交通大学刘烽课题组(形貌表征)以及北京航空航天大学的张渊课题组(器件物理)共同合作的成果。研究工作得到了中科院百人计划和国家自然科学基金等项目的支持。   有机太阳能电池的器件结构示意图和器件性能

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  仿生纳米孔道结构的设计与构建目前已成为一个研究热点,并且为生物分析、合成化学和限域催化等提供了新的可能。中国科学院上海应用物理研究所研究员樊春海、亚利桑那州立大学教授颜颢等合作提出了一种框架核酸诱导的团簇预水解策略,将经典硅化学引入DNA结构体系,成功实现了精确可控的DNA——二氧化硅固态纳米结构的制备。该研究工作以ComplexsilicacompositenanomaterialstemplatedwithDNAorigami为题,于7月16日在线发表于《自然》杂志(Nature2018,doi:10.1038/s41586-018-0332-7)。    以蛋白质离子通道为代表的生物孔道结构在生物体内的传质、换能和信号传导过程中发挥着关键性作用。经典的蛋白质纳米孔结构精确,然而其可控性和稳定性限制了它的广泛应用;通过电子束刻蚀固态纳米孔道则面临着成本高、重复性差、通量低等问题。采用自组装DNA纳米结构来合成纳米孔道结构则具有可编程设计、成本低廉、通量高等优点。然而,DNA孔道结构的刚性和稳定性则又成为其广泛应用的障碍。因此,如何在维持DNA结构精确性的前提下提升其强度已成为DNA纳米技术领域的一个巨大挑战。樊春海团队近年来在发展精确自组装的框架核酸并应用于生物分子界面调控,发展高灵敏生物传感检测和活细胞分析等方面取得了系列进展(JACS2012,134,13148;NatureChem,2017,9,1056;NatlSciRev2018,doi:10.1093/nsr/nwx134)。在樊春海和颜颢指导下,上海应物所博士刘小果和博士研究生靖薪薪、亚利桑那州立大学博士张菲等合作,将框架核酸作为模板诱导团簇预水解,可以在纳米尺度上忠实地将DNA序列编码的自组装结构复制成具有刚性结构的精确二氧化硅构型,并且可以由二维平面结构拓展至三维框架、三维曲面结构、简单几何结构以至复杂有序结构。这一新策略一方面突破了传统硅化学合成在材料结构尺度上的限制,实现了纳米尺度的精确二氧化硅结构的制备;另一方面还能显著提高这种框架核酸的力学强度,使基于DNA的固态纳米孔在保持精确结构的同时还具备了更好的力学性能。这种框架核酸诱导的纳米孔道结构不仅精确、可控、稳定,而且价廉能大批量制造,为研究纳米孔道中的新奇物理、化学性质和分析应用提供了全新的工具。   该研究工作得到了国家自然科学基金委、中科院、科技部等的资助,并得到了上海光源的支持。    以框架核酸为模板的DNA——二氧化硅多级纳米孔。(a)框架核酸诱导的团簇预水解策略示意图(b)198碱基对三维框架核酸与预水解团簇反应的糙粒化分子动力学模型截面图(c)一种仿硅藻外壳单元的结构设计图 (d)和(e)反应前框架核酸结构及反应后DNA——二氧化硅结构的溶液相原子力显微镜图(f)反应后DNA——二氧化硅结构的分组平均化透射电子显微镜图。

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  光动治疗的突出优势是在光敏剂的作用下,通过光照进行高选择性的抗肿瘤治疗,副作用小,已被广泛应用于临床,尤其是对体表肿瘤或局部病变组织的治愈效果更佳。然而,光敏药物依靠载体在体内运输往往受到免疫清除的制约,导致药物输送障碍与效率降低,影响治疗效果。因此,如何提高光敏药物在肿瘤部位的聚集,已成为一个重要的研究课题。   在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的支持下,中科院化学研究所胶体、界面与化学热力学重点实验室研究员李峻柏课题组科研人员长期致力于光敏药物载体的设计、组装与应用,取得了系列进展(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,7759;Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,13538;Adv.Funct.Mater.2016,26,2561;ACSNano2012,6,8030;Chem.Eur.J.2013,19,4548)。在此基础上,该研究组通过分离天然红细胞膜及囊泡化,实现磁性介孔硅纳米粒子表面的红细胞膜重组,并用于光敏药剂的负载与高效运输及肿瘤的光动力治疗。   利用“取之于体,用之于体”和“免疫欺骗”的思路,红细胞膜伪装的磁性纳米载体可以像红细胞一样在血液中长时间循环,躲避免疫系统的识别与清除。在外界磁场引导下,内部负载光敏剂的磁性纳米载体高效富集在肿瘤部位。光照下,原位产生的活性氧立即引发胞内毒素,抑制肿瘤细胞的扩增与繁殖,而导致肿瘤组织的坏死。该组装体成功地引入仿生伪装理念,有效地利用红细胞膜的免疫学特性和磁场诱导作用,增强肿瘤部位的高通透性和滞留效应(EPR效应),提高光敏药剂的递送效率和光动力治疗效果。相关研究成果发表在近期的Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,6049上。

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  胶质瘤是常见的颅内肿瘤,其中恶性程度最高的是胶质母细胞瘤。异常的快速增殖、极强的浸润性及高度异质性是胶质母细胞瘤的典型特征。患者的平均中值生存期仅为一年左右,是目前人类肿瘤中死亡率极高的肿瘤之一。胶质母细胞瘤难以治疗的重要原因之一是其高度异质性。遗传突变的多样性是其异质性形成的重要原因。而现有以组织病理特征为标准的分级方法无法解释肿瘤异质性带来的一系列问题,如具有相同病理学分级的病人经过相同的治疗手段后产生不同的药物反应和预后,因此要改善对胶质母细胞瘤的诊断和治疗,需要寻找新的分类方法。2008年美国癌症基因组数据库(TheCancerGenomeAtlas,TCGA)完成了对胶质母细胞瘤病人的全基因组测序。后续大量癌症基因组数据的获得为胶质母细胞瘤寻找新的分型提供了有利条件。   中国科学院昆明动物研究所赵旭东团队和黄京飞团队合作,通过对TCGA数据库进行数据挖掘,发现高达60%的人胶质母细胞瘤样本包含CDKN2A基因缺失,30%样本具有TP53基因突变,且其通常情况下成“相互排斥”现象。进一步对CDKN2A和TP53突变的胶质母细胞瘤进行分析发现,这两类患者具有截然不同的遗传表达谱,且病人生存曲线呈现出显著差异。以CDKN2A和TP53基因突变对胶质母细胞瘤分型可涵盖80%的胶质母细胞瘤样本,具有显著遗传代表性。综合以上分析提示以CDKN2A和TP53基因作为特征基因对胶质母细胞瘤进行分型的可能。同时该研究通过沉默Tp53和Cdkn2a/b基因,成功地在小鼠上诱导了具有人胶质母细胞瘤典型病理和分子表达特征的胶质母细胞瘤模型。进一步对Tp53和Cdkn2a/b基因突变起源的肿瘤进行表达谱分析,比对结果证实其表达谱与人胶质母细胞瘤具有相同的差异趋势。该动物模型的成功构建为以CDKN2A和TP53基因作为特征基因对胶质母细胞瘤进行分型提供了可靠的模型支持。   该研究成果发表在Oncogene上。昆明动物所博士研究生周霞、副研究员李功华、硕士研究生安三奇为文章的共同第一作者,昆明动物所研究员赵旭东、黄京飞和哥伦比亚大学教授AntonioIavarone为文章共同通讯作者。   该项工作得到国家自然科学基金、中科院先导专项、云南省自然科学基金、云南省高端科技人才等项目资助。

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