【科创热榜前沿科技周报】-25期转贴

wangchenglong

前沿科技盘点〔25〕｜抗老黑科技！将植物“光合细胞器”植入人体细胞、科学家提出伽马射线暴起源新模型 原文链接：https://www.ncsti.gov.cn/kjdt/zt ... 0230627_125832.html

• [url=][/url]
  

• 神经元
• 伽马射线
• 皮层
• 起源
• 光合作用
  

这是硕果累累的一周，我国科学家在生物医药、天文、物理等多个领域取开创性的科研成果。植物通过光合作用获取能量的天赋一向令人望尘莫及，然而，近日浙大科学家成功将植物的光合作用系统植入人体细胞，从而开创一种全新的细胞抗老黑科技！伽马射线暴的短暴和长暴通常对应不同的前身星模型，南大天文团队根据观测到的特异伽马暴事件，提出一种白矮星-中子星并合系统新模型；中科大团队首次制备出高相空间密度的超冷三原子分子系综，为模拟量子力学下三体问题铺平了道路……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，为大家带来第二十五期。

1.《Nature》｜浙大团队将植物“光合细胞器”植入人体细胞

本研究作用机制示意图

浙大医学院林贤丰、范顺武团队与浙大化学系唐睿康团队成功从菠菜中提取了具有光合作用的“生物电池“——类囊体，并通过精密的制备技术，在国际上首次实现植物的类囊体跨物种递送到动物体衰老病变的细胞内，让动物细胞也拥有植物光合作用的能量，以此敲开逆转细胞退变衰老的“时光之门”。12月8日，这项原创性科研成果被《Nature》杂志以长文形式刊登。

细胞更新代谢需要能量和物质补给，ATP和 NADPH就是细胞再生修复不可或缺的能量货币和物质货币。细胞能量不足是组织衰老和退行性疾病发生发展的关键原因。而数十亿年来，植物已经进化了出了一个近乎完美的能量供应细胞器——类囊体，是一个可控、稳定生成ATP和NADPH的能量工厂。能否通过植入“类囊体”让植物的能量供应系统成为动物细胞补给能量的“生物电池”？

该团队经过不懈努力，首先成功提取并纯化了菠菜绿叶中的类囊体组分。随后，团队开发出细胞膜纳米涂层技术，将哺乳动物细胞膜包覆在纳米化植物类囊体外层，通过细胞膜伪装包封的方式巧妙地将植物类囊体种间移植到哺乳动物细胞，成功解锁跨物种间能量传递的“密码”，实现特异性供应能量，并在退行性骨关节炎疾病的治疗应用中得以验证。目前，研究团队已同步递交了发明专利并着手进行产品转化。

2.《Nature》｜科学家揭示调控大脑新皮层神经元空间精细结构排布和环路组装新机制

cPCDHs在大脑新皮层兴奋性神经元中的表达规律和工作模式

哺乳动物大脑新皮层在发育过程中，产生数量庞大且种类繁多的神经元，这些神经元可以形成特异的神经突触连接，进而组装成精准复杂的神经网络，以调控各种复杂的行为活动。但是，目前对这些神经元是如何相互识别，并在空间位置上精确排布最终形成功能性神经环路的分子发育机制仍了解甚少。

为此，清华大学时松海教授课题组结合遗传学、神经细胞发育谱系荧光标记示踪、单细胞基因表达深度测序、全脑三维重构和神经细胞嵌合式的功能性分析等，揭示了细胞表面分子集簇性原钙粘蛋白（cPCDHs）在神经元中的表达新模式，即在大脑新皮层兴奋性神经元中cPCDH亚型的组合表达不是随机的，而是呈现与神经元发育史和空间位置紧密关联的表达规律，进而在单细胞水平调控神经元的精细空间分布和突触连接。诸多研究表明，cPCDH的表达异常与多种神经系统疾病（如自闭症、精神分裂症等）紧密相关，因此对cPCDH家族在大脑新皮层中的表达和功能的深入研究为解析相关神经系统疾病的致病机理提供新的思路。

3.《Nature》｜南京大学天文团队提出伽马射线暴起源新模型

GRB 211211A 的艺术想象图

一类天体事件居然可以在一秒钟释放出太阳毕生的能量总和，它就是最猛烈的天体爆发现象——伽马射线暴。人类在长期观测中发现，伽马射线暴分为短暴和长暴，其典型持续时间分别在0.5秒和25秒左右。长期以来天文学家推断二者有着截然不同的物理起源：长暴是大质量恒星演化到末期核坍缩时的产物，伴随着超新星爆发；短暴起源于致密双星并合，伴随一种名为千新星的热暂现源。

然而，近日南京大学张彬彬教授研究团队揭示了一例特殊物理起源的长伽马射线暴事件GRB 211211A。这一伽马暴虽是一个长暴，其瞬时辐射特征、宿主星系特征和超新星缺失都与典型长暴的特征不符，反而与致密星并合起源的短暴高度一致。研究团队通过多波段观测数据寻找到了千新星辐射存在的证据，从而一锤定音地确定了GRB 211211A的并合起源。这是首次发现爆发时间远超短暴典型时间的致密星并合起源的长伽马暴，也是首次发现来自长暴的千新星。

该研究团队进而提出一种新的前身星模型，即白矮星-中子星并合系统。该团队认为，白矮星-中子星并合之后产生了一个快速自转、高度磁化的中子星，即磁星。磁星的旋转能和磁能驱动了55秒的延展辐射和数千秒的X射线平台辐射，并为千新星提供了额外的能量注入。未来的低频引力波探测器有望证实这种前身星系统的存在。

4.《Science》｜新的生物古高度计指示：晚中新世青藏高原东北部快速隆升

现代大空间3088个表层样品孢粉中四类孢粉与母体植物(铁杉属、罗汉松属、冷杉属和云杉属)的空间分布；(2)TP/TPAP (铁杉属%+罗汉松属%) /(四类针叶树总和%) 比值的空间分布；(3) 四类孢粉与母体植物海拔矫正示意图；(4) 以海拔200米为间隔的TP/TPAP比值平均结果与中值海拔的定量关系。 

近日，中科院方小敏、苗运法联合研究团队与国内外多家单位学者协同攻关，创新性地构建了一种定量刻画过去海拔的植物孢粉新指标，重建了青藏高原东北部古海拔演化历史。

该研究利用铁杉属、罗汉松属和偏爱中高海拔的冷杉属和云杉属四类植物孢粉作为海拔指示计，建立了现代海拔计算方程，从生物指标角度建立起反演古海拔高度的新方法。

研究团队还利用青藏高原东北部柴达木盆地四条年代准确的剖面/钻孔孢粉数据，结合剖面上发现的植物化石，利用上述建立的海拔公式，以及当时温度差值和数值模拟得到的湿球温度垂直递减率进行矫正，分别获得了柴东段和柴西段两侧山体1600万年来连续的古高度变化记录，揭示青藏高原东北部在新生代晚期，即约1100-700万年前发生了强烈隆升，并对区域气候环境和生态演化产生了重要影响。

5.《Science》｜河南大学在大豆共生固氮领域取得又一重大突破

根瘤中的新能量感受器调节PEP分配而协同调控碳源水平和固氮能力

共生固氮是一个高耗能的酶催化过程，植物本身光合作用固定的碳水化合物是共生固氮最主要的碳源和能量来源。然而，豆科植物如何响应碳源和能量水平从而调控根瘤固氮能力的机制一直是未解之谜。

为此，河南大学王学路教授团队在大豆根瘤中鉴定到了特异高表达的GmCBS22（GmNAS1）和GmCBS14（GmNAP1），其功能缺失后完全抑制了根瘤碳源供应增加后固氮能力的上升。进一步研究发现GmNAS1和GmNAP1通过感知细胞AMP水平来监测根瘤细胞能量状态，GmNAS1可以直接结合AMP从而与GmNAP1在线粒体膜上形成异源二聚体，在碳源供应增加导致根瘤能量状态上升时，AMP含量降低，促使GmNAS1-GmNAP1异源二聚体解离，形成GmNAS1-GmNAS1和GmNAP1-GmNAP1同源二聚体。这是一种完全不同于动物细胞的能量感受方式。

团队进一步鉴定到了一个转录因子NF-YC亚基GmNFYC10a，发现在根瘤能量状态上升时，AMP水平下降形成的GmNAS1-GmNAS1和GmNAP1-GmNAP1同源二聚体会与GmNFYC10a互作并将其锚定到线粒体上，从而减少细胞核中的GmNFYC10a水平，抑制丙酮酸激酶基因表达，调控能量在植物细胞和类菌体碳源供应之间的分配。

该机制使豆科植物可以在生长环境改变时，依据其体内碳源的可用性及时调整根瘤固氮效能，从而维持植株体内的碳氮平衡。