【科创热榜前沿科技周报】-26期转贴

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前沿科技盘点〔26〕｜科学家揭示生殖细胞特化核糖体调控雄性生育能力、“仿生门控”柔性传感新模式 原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0230627_125831.html

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• 核糖体
• 激光
• 光合作用
• 多肽
• 脂肪酸代谢
  

生命的繁衍充满奥妙，精子蛋白质如何在其生命周期中保持功能和稳定性？近日，科学家发现一种特化的功能性核糖体可调控雄性生育能力；仿生科学又有新进展，科学家提出一种仿生“门控传感”新模式，并开发出高灵敏度、快响应、高稳定的机器人滑觉皮肤；毛发减少总是令人困扰，科学家研究揭示脂肪酸代谢调控毛囊干细胞微环境形成的新机制……基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第二十六期。

1.《Nature》｜科学家揭示雄性生殖细胞特化核糖体调控雄性生育能力

RibosomeST特化新生多肽出口通道作用艺术体现

核糖体是细胞内蛋白质合成的高度精密的分子机器，越来越多的研究表明真核生物中，核糖体具有异质性。然而，人们对核糖体异质性的精确调控机制知之甚少，这需要对核糖体进行系统的结构—功能联合分析。

为此，南京医科大学沙家豪、郭雪江团队与中科院生物物理所秦燕团队合作，利用蛋白质组学方法检测证实了核糖体蛋白在不同器官和发育阶段的异质性，并发现雄性生殖细胞具有特化的功能性核糖体（RibosomeST）。这种特化核糖体具有更宽阔的新生多肽出口通道，有不同于普通核糖体的电荷性质和亲疏水性质。进一步的功能研究，研究人员发现特化核糖体的新生多肽出口通道更适合精子细胞中睾丸特异表达的新生多肽子集的折叠加工，特化核糖体通过赋予多肽子集更高的稳定性来维持正常精子的形成。

本研究利用特化核糖体解决了长期以来困惑大家的精子蛋白质如何在其生命周期中保持功能和稳定性的问题，也为生殖相关疾病提供重要标记物和治疗靶点。

2.《Advanced Materials》｜“仿生门控”柔性传感新模式

仿生机器人滑觉皮肤

受生物组织细胞膜上的机械门控离子通道启发，西安交通大学邵金友、陈小亮团队提出了仿生“门控传感”新模式。该团队通过应变分布调控策略在镶嵌式导电通路内定域生成电子门控结构，开发了高灵敏度、快响应、高稳定的机器人滑觉皮肤。

机器人滑觉皮肤表面的微金字塔阵列可模仿皮肤指纹结构与物体表面进行滑动交互，将动态应变传递至机械门控感知结构实现导电通路的开闭切换，从而将触觉信息编码为电信号。嵌入式网格化的导电通路设计有效增强了电子门的局部应变，提升感知灵敏度；同时削弱传导路径的应变，抑制敏感材料裂纹产生，实现仿生滑觉皮肤灵敏度和稳定性的协同增强。该滑觉皮肤能够灵巧识别复杂结构件表面纹理，例如，对机械加工部件的粗糙度的辨识度优于Ra 0.8，能够直接识别5mm线宽的精细表面纹理，响应频率达485Hz，为目前相关领域报道的最优值，在机器人智能识别和交互反馈方面具有广阔的应用前景。

3.《Advanced Science》｜脂肪酸代谢调控毛囊干细胞微环境形成的新机制

硬脂酰辅酶A去饱和酶1影响HFSCs-bulge形成的分子机制示意图

中科院上海营养与健康研究所薛月晴、王莹团队研究发现，在毛发生长的周期过程中，Scd1的表达呈周期性变化。当SCD1缺失时，皮肤毛囊处于持续伸长状态，无论在第一个毛发生长周期还是剃毛诱导毛发生长过程中，均不能呈现经典的hair cycle形态变化，引起毛囊bulge形成障碍，无法为静息HFSCs提供储存场所。

进一步研究发现，SCD1缺失引起的毛发减少并不是因为其直接影响HFSCs，而是由于K14角质形成细胞中缺失SCD1所造成。当K14角质形成细胞中缺失SCD1时，基底角质形成细胞上整合素α6表达显著下降，引起皮肤半桥粒结构组装减少，整合素下游FAK-PI3K信号通路过度活化，促进角质形成细胞的增殖和角质化，从而抑制毛囊和外根鞘缩短，无法形成毛囊bulge结构。通过阻断PI3K过度活化或以油酸纠正SCD1介导的脂肪酸代谢异常，均可以有效地恢复SCD1缺失小鼠的半桥粒结构、毛囊bulge结构、静息HFSCs和毛发生长。

该研究发现了脂肪酸代谢调控HFSCs干细胞龛形成和稳态维持的新机制，为理解毛发生长和皮肤稳态维持提供了重要的理论基础。

4.《Plant Physiology》｜田间波动光环境影响玉米产量的光合作用机制

论文截图

中科院植物所石雷研究组及其合作团队研究发现，提高田间玉米栽培密度除降低平均光照强度外，还导致光环境波动性增强，强光照光时间缩短；而且，伴随栽培密度提高叶片光合作用诱导时间延长，进一步缩短了高于特定光强的光合作用时间。分析表明，单株生物量和产量与日变化中强光相关的光合作用时间有更好的线性关系。

在此基础上，科研人员开展了强光照光时间和波动频率的模拟实验。保持光照强度一致而缩短照光时间导致叶面积和光饱合光合速率均显著下降，而调节性能量耗散仅略有下降。保持强光照光时间相同而提高波动频率使叶面积和叶片光饱合光合速率略有降低，而调节性能量耗散明显增强。同时，蛋白组数据也证明玉米叶片光合作用过程主要受强光照光时间的影响，而非光环境波动频率。因此，田间玉米产量形成的限制因素是强光照光时间。

该研究可以更好地解释玉米等高杆作物合理密植、宽窄行栽培模式，以及株型改良等导致产量增加的光合作用原理。

5.《Optics Express》｜上海光机所在圆偏振激光控制单层石墨烯产生反向光电流方面取得进展

光电流随激光峰值场强的变化，入射波长4μm，(a)脉宽26fs，(b)脉宽13fs

近年来，飞秒超快激光驱动效应得到了广泛的关注，探索激光与固体相互作用的电子动力学过程，使得操纵亚周期时间尺度内的物理过程成为可能。石墨烯具有弱屏蔽、高损伤阈值和超快光学响应等性质，是实现飞秒超快激光控制电子运动的具有应用前景的新材料。

中科院上海光学精密机械研究所研究人员通过数值求解含时薛定谔方程和半导体布洛赫方程，研究了圆偏振少周期激光驱动单层石墨烯产生的光电流。结果表明，对于两周期的圆偏振激光，选择合适的激光波长，可以在一定的激光峰值场强下实现光电流方向反转。方向反转的发生来自于光学周期间的干涉，可以通过人为地将脉冲宽度缩短为单周期来验证。另外，反转阈值与较宽范围内的激光波长的负平方成正比，其斜率与电子的有质动能与光子能量的比值有关。这项研究反映了二维倒空间中电子运动的性质，对实现超快光电子集成应用具有一定的指导意义。