导读： 为了充分理解聚合物的结构与性能之间的关系，单条聚合物链的表征受到了广泛关注。可以通过诸如扫描隧道显微镜（STM）或原子力显微镜（AFM）等手段直接观察聚合物链的结构。然而，除DNA之类的生物大分子和蠕虫状瓶刷聚合物，聚合物链分子结构的观察主要限制在晶体、液晶和聚合物链聚集体等结构类型。至今为止，由于低的原子分辨率，对于无定形单条无规聚合物链的构象观察仍具有极大的挑战。众所周知，金属（离子）具有高的电子密度，在诸如STM等类型的显微镜下观察时有相对较强的信号和高的原子分辨率。所以，如果将金属引入到聚合物链中作为“染色剂”，那么在STM下根据金属的位置就可以很容易地观察到无定形单条无规聚合物链。通常将金属引入到聚合物链中可以通过三种方法，分别是1）对结构稳定并含有金属的单体直接聚合；2）借助单体与金属离子的弱配位相互作用聚合；3）对含有配位基团的共价聚合物进行金属化修饰。但这些方法均有各自的限制，并且目前还没有同时将具有强配位相互作用的金属离子和弱配位相互作用的金属离子整合到以分立（discrete）金属-超分子为重复单元的金属-超分子聚合物中。得益于近几十年大量尺寸及形状可控的分立金属-超分子被合成出来，近日，苏州大学屠迎锋教授课题组与美国南佛罗里达大学李霄鹏教授课题组合作，通过三联吡啶配体与具有强配位相互作用的钌离子Ru(II)和弱配位相互作用的铁离子Fe(II)间的分步配位，成功地合成了一类以二维分立的六边形和三角形超分子为重复单元，具有多嵌段共聚物结构的金属-超分子聚合物。借助超高真空低温扫描隧道显微镜（UHV-LT-STM）和扫描隧道谱（STS）直接观察到了重复单元中的Ru(II)和Fe(II)，根据Ru(II)和Fe(II)的位置描绘出了相应的金属-超分子聚合物链，从而某种程度上实现了单条无规聚合物链的可视化。图1. 六边形和三角形单体（Hex-M和Tri-M）（A、B）及相应金属-超分子聚合物（C、D）的结构示意图。具体的设计思路及合成路线如图1所示。双臂三联吡啶配体通过Ru(II)的连接合成了开放形式（即包含“自由”的三联吡啶基团）的六边形（Hex-M）和三角形（Tri-M）单体，再通过点击反应与二炔基聚乙二醇低聚物进行聚合后得到了相应的多嵌段金属-超分子聚合物（Hex-P和Tri-P）。随后，引入Fe(II)进行金属化，使重复单元中自由的三联吡啶基团配位组装得到最终的金属-超分子聚合物（Hex-P-Fe和Tri-P-Fe）。单体（Hex-M和Tri-M）通过核磁（一维氢谱、碳谱、二维COSY和NOESY）及质谱（ESI-MS和TWIM-MS）进行了证明。金属-超分子聚合物（Hex-P和Tri-P）通过大分子质谱（MALDI-TOF）得到了证明，最高分子量均超过了70 kg mol-1（图2）。图2. 金属-超分子聚合物（A: Hex-P和B: Tri-P）的大分子质谱图。加Fe(II)组装前后的金属-超分子聚合物均通过UHV-LT-STM进行了观察。图3A是加Fe(II)前Hex-P的STM图，图中每5个明亮波瓣紧紧靠在一起，对应重复单元结构中5个相连的三联吡啶（tpy）与Ru(II)形成的配合物（tpy-Ru(II)-tpy）。加Fe(II)组装之后，在STM中观察到明亮波瓣是以6个成一组的形式出现，这6个明亮波瓣分别代表了5个tpy-Ru(II)-tpy配合物和1个tpy-Fe(II)-tpy配合物。正如预期一样，Hex-P的重复单元会与Fe(II)发生重复单元内的配位组装使得重复单元形成闭合的环状结构（Hex-P-C），即每6个明亮波瓣组合成一个环状六边形结构（图3C）。出乎意料的是，除了重复单元内的配位组装，还观察到了重复单元间的配位组装，这时候重复单元不再是闭合的六边形，而是线形链（Hex-P-L）（图3E）。此外，图中每个明亮波瓣的最高占据分子轨道（HOMO）与最低未占分子轨道（LUMO）间的能隙可以通过扫描隧道谱（STS）获得。结果显示加Fe(II)组装后每个重复单元的6个明亮波瓣（图3C,E）中只有一个HOMO-LUMO的能隙是2.4 eV（图3H），其它的5个均为2.8 eV（图3G）。因此，可以辨别出小的能隙（2.4 eV）处是Fe(II)，大的能隙（2.8 eV）处是Ru(II)。据此，可以确定聚合物链上金属离子的顺序（图3B, D, F），图中红点和蓝点分别代表tpy-Ru(II)-tpy配合物和tpy-Fe(II)-tpy配合物。更重要的是，聚合物链可以根据金属离子的位置描绘出来（如图3F中蓝色线所示），从而推断出金属-超分子聚合物链的构象。需要特殊说明的是，由于较差的溶解性，六边形金属-超分子聚合物在STM拍摄时发生严重聚集（STM图中存在许多很大的亮斑），使得在STM中只观察到了较小聚合物度的金属-超分子聚合物链。图3.（A）Hex-P在Ag (111)表面上的STM图。（B）Hex-P的STM图上tpy-Ru(II)- tpy配合物处的STS数据采集，标示为红点。（C）Hex-P-C的STM图。（D）Hex-P-C 的STS数据分析，其中tpy-Ru(II)-tpy配合物标示为红点，tpy-Fe(II)-tpy配合物标示为蓝点。（E）Hex-P-L的STM图。（F）Hex-P-L的STS数据分析，，其中tpy-Ru(II)-tpy配合物标示为红点，tpy-Fe(II)-tpy配合物标示为蓝点。图中蓝色线是根据tpy-M(II)-tpy配合物的位置描绘出来的金属-超分子聚合物链。（G）Ru(II)（红色）和（H）Fe(II)（蓝色）的STS结果对应于（D）和（F）中不同的电子特征。标尺：10nm。图4A是Tri-P的STM图，图中每2个明亮波瓣紧紧靠在一起，对应重复单元中2个相连的tpy-Ru(II)-tpy配合物。与六边形体系不同的是，随着Fe(II)的引入，所有的重复单元均进行了重复单元内的组装形成了闭合的三角形结构，即在STM中观察到每3个明亮波瓣成一组排列成一个环状三角形结构（Tri-P-C）（图4C）。两个体系组装时产生不同的结果跟重复单元本身的尺寸大小和刚性有关。此外，由于三角形体系的溶解性明显好于六边形，所以在单条三角形金属-超分子聚合物链（Tri-P-C）中观察到了更多的重复单元（12个）。根据STS结果（图4E, F），分别用红点和蓝点对重复单元中的tpy-Ru(II)-tpy配合物和tpy-Fe(II)-tpy配合物进行标示（图4B, D）。由于tpy-Fe(II)-tpy配合物均处于聚合物链的正中位置，所以根据蓝点可以描绘出整条金属-超分子聚合物链（如图4D中蓝色线所示），进而实现了对金属-超分子聚合物链的构象观察。图4.（A）Tri-P在Ag (111)表面上的STM图。（B）Tri-P的STS数据分析，tpy-Ru(II)-tpy配合物标示为红点。（C）Tri-P-C的STM图。（D）Tri-P-C的STS数据分析，tpy-Ru(II)-tpy配合物标示为红点，tpy-Fe(II)-tpy配合物标示为蓝点。图中蓝色线是根据tpy-Fe(II)-tpy配合物的位置描绘出来的金属-超分子聚合物链。（E）Ru(II)（红色）和（F）Fe(II)（蓝色）的STS结果对应于（D）图中不同的电子特征。标尺：5nm。该工作不仅提供了一种具有类嵌段共聚物结构的超分子聚合物的合成新方法，还为在单分子水平上研究聚合物链的结构和构象提供了启发。STM和STS相结合的表征手段可以推广到其它金属-超分子聚合物体系来帮助科学家更好地理解聚合物中的构效关系。这一成果近期以“Synthesisof Metallopolymers and Direct Visualization of the Single Polymer Chain”为题发表在《Journal of the American Chemical Society》（DOI: 10.1021/jacs.0c00110）上。论文的第一作者是苏州大学博士研究生李志凯，共同第一作者是美国南佛罗里达大学博士研究生李一鸣和苏州大学硕士研究生赵一鸣。通讯作者是屠迎锋教授，共同通讯作者是美国南佛罗里达大学李霄鹏教授和美国阿贡国家实验室Saw-Wai Hla教授。论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c00110

关键词：II,tpy,聚合物,金属,分子,Fe,配合,STM,单元,Ru

导读： 蚕丝纤维被人类利用已有上千年的历史。因其具有力学性能优异、绿色无毒和生物相容性好等优点而广泛应用于纺织服装和医学健康等领域。为了拓展蚕丝的应用领域，增加蚕丝产品的竞争力，就必须对蚕丝纤维进行改良或开发新功能蚕丝。在诸多改良蚕丝的方法中，研究解析天然高性能蚕丝纤维为改良或人工设计高性能丝纤维提供理论依据是一种行之有效的方法。 夏庆友教授课题组通过比较分析来自不同发育阶段（一个蚕生命周期）的10种蚕丝（1龄起丝I-B silk、1龄末丝I-E silk、2龄起丝II-B silk、2龄末丝II-E silk、3龄起丝III-B silk、3龄末丝III-E silk、4龄起丝IV-B silk、4龄末丝IV-E silk、茧衣丝Scaffold silk和茧层丝Cocoon silk）的力学性能和二级结构，发现家蚕不同时期的丝在力学性能和二级结构方面具有较大差异。某些时期的蚕丝具有超强的力学性能。 图1. 家蚕生命周期和10个吐丝时期首先力学性能测量结果显示10种蚕丝明显可以分为3大类：幼龄起丝、幼龄末丝和熟蚕丝（茧衣丝和茧层丝）。其中幼龄末丝具有超强的力学性能。课题组从生物学功能上解释了为什么幼龄丝的力学性能优于熟蚕丝：在觅食、取食和移动过程中，为了抵抗恶劣的自然环境（主要是风吹以及其引起的震动），幼蚕需要吐出力学性能非常优异的幼龄丝来保证自身不会从桑叶或桑树上掉下去。尤其是在幼龄末期，幼蚕还需要力学性能更加优异的幼龄末丝来固定自身和帮助自身蜕皮。因此幼龄丝对幼蚕的生长发育关重要，所以幼龄丝具有优异的力学性能。而对于熟蚕丝来说，数量众多的熟蚕丝聚集在一起，其综合力学性能足够保护蚕蛹，所以不需要单跟熟蚕丝的力学性能也很优异。接着课题组用ATR-FTIR和XRD技术研究了各个时期蚕丝的二级结构，结果显示较高的β-折叠结构含量和合适结晶度是有利于增强蚕丝的力学性能，这为改造或者人工设计高性能丝蛋白纤维材料提供了新的参考。图2. (A) 各时期蚕丝形貌，(B) 各时期蚕丝力学性能，(C) 4龄末丝和茧丝主要丝蛋白差异最后，课题组利用LC-MS/MS技术对比分析了高性能丝（4龄末丝）和茧丝在主要丝蛋白含量上的差异。结果显示4龄末丝丝素中P25蛋白的含量增加了大约2.9倍，由于P25蛋白是一个具有分子伴侣功能的小分子蛋白，其本身对于丝素小体的组装和分泌起着重要作用。推测在4龄末丝中额外的P25蛋白具有促进Fib-H蛋白形成更多β折叠结构、连接大分子和增强分子网络稳定性进而增强4龄末丝力学性能的作用。这为改造蚕丝力学性能和人工合成高性能丝纤维提供了新的思路。图3. 蚕丝多层次结构模式图，(A) 蚕丝纤维和原纤维结构，(B) 茧丝纳米原纤维结构，(C)茧丝丝素小体结构及其组装，(D) 4龄末丝纳米原纤维结构以上相关成果发表在Biomacromolecules（2019）上。论文的第一作者为西南大学博士生彭章川，通讯作者为夏庆友教授。论文链接：https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acs.biomac.8b01576

关键词：蚕丝,力学性能,silk,幼龄,蛋白,结构,时期,纤维,优异,高性能

导读： 自然界中黄色、粉色、红色和紫色等颜色的花瓣很常见，而绿色花瓣却很罕见。对于虫媒花来说，抑制绿色花瓣的形成能更好地将花瓣与绿色的叶片区分开来，有利于昆虫识别花的位置以更好地帮助植物传粉。但作为观赏花卉，绿色花卉却显得高雅珍贵。目前花卉市场上绿色花卉品种并不多，只有少数几种花卉如菊花、玫瑰、康乃馨有绿色花瓣的栽培品种，这些绿色花卉品种因为珍稀而更有商业价值。因此，研究绿色花瓣形成机制不仅对花的演化具有重要意义，也对绿色花卉的育种具有实际应用价值。然而，绿色花瓣形成的分子机制还不清楚。,2022年3月8日，北京大学生命科学学院、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室秦跟基教授课题组以题为“Arabidopsis transcription factor TCP4 represses chlorophyll biosynthesis to prevent petal greening”在Cell新子刊Plant Communications在线发表研究论文，揭示了TCP转录因子通过抑制叶绿素合成来调控绿色花瓣形成和花瓣颜色分布模式的奥秘。,秦跟基教授课题组在长期研究TCP转录因子的过程中，意外发现敲除七个CIN类TCP转录因子的七重突变体tcp2/3/4/5/10/13/17能形成绿色花瓣。转基因实验证明在突变体中表达TCP4能完全互补tcp2/3/4/5/10/13/17产生绿色花瓣的表型。,正常的野生型拟南芥花瓣在发育早期阶段均为绿色，而随着花瓣发育，其顶部花瓣组织中的叶绿素逐渐消失，叶绿体转变为白质体，从而形成白色花瓣；而基部花瓣组织一直保持绿色 (图1A)。与野生型花瓣相比，在tcp2/3/4/5/10/13/17七重突变体中，顶部花瓣组织的叶绿素一直维持，并且叶绿体转变成白质体的过程出现障碍，从而形成绿色花瓣 (图1B)。进一步研究发现TCP4蛋白在花瓣中的表达模式与花瓣发育过程中颜色转变的时间和空间高度一致。,通过转录组测序分析发现编码叶绿素合成过程的关键酶基因、以及一些已知的调控叶绿素合成的正调控因子，在花瓣白色部分的表达被抑制，而在tcp2/3/4/5/10/13/17七重突变体的花瓣中这些基因的表达量明显升高。TCP4能直接结合在编码叶绿素合成的关键酶PORB、DVR以及编码正调控叶绿素合成的转录因子SOC1的启动子区，直接抑制这些基因的表达，进而通过抑制叶绿素的合成防止绿色花瓣的形成 (图1E和1F)。,有意思的是，对其他植物如辣椒、圣心百合、长寿花和二月蓝的花进行观察发现这些植物的花在早期发育阶段也均为绿色，而随着花发育，其顶部花瓣组织的叶绿素也会逐渐褪去变成白色，然后其他色素才开始积累，进而形成不同颜色的花瓣 (图1C和1D)。这说明花瓣中叶绿素含量变化和质体转变过程很可能在不同植物花发育过程中是保守的，并且叶绿素去除很可能是其他色素积累进而形成不同颜色花瓣的前提。,该研究不仅阐明了TCP转录因子在叶绿素合成和防止花瓣变绿过程中的重要功能，也加深了人们对花瓣沿基-顶轴分布的颜色模式以及花瓣颜色形成的分子机制的理解。,,图1. TCP转录因子防止绿色花瓣形成。,(A) 野生型拟南芥花瓣具有基部为绿色，顶部为白色的颜色分布模式。(B) 七重突变体tcp2/3/4/5/10/13/17花瓣的颜色均为绿色。(C) 圣心百合的花瓣也具有基部为绿色，顶部为白色的颜色分布模式。(D) 紫色的二月蓝花瓣基部也为绿色，顶部先转白再转紫。(E和F) TCP转录因子抑制绿色花瓣形成的工作模型。在野生型花瓣中，TCP4通过直接结合下游基因PORB、DVR和SOC1的启动子区，抑制其表达，从而抑制叶绿素在花瓣顶部的合成和积累，导致花瓣变成白色 (E)，而在 tcp2/3/4/5/10/13/17突变体中，TCP转录因子功能的缺失使叶绿素合成相关基因能在花瓣顶部组织中维持表达，使叶绿素在花瓣顶部组织合成和积累，导致花瓣变成绿色 (B)。,北京大学生命科学学院、蛋白质与植物基因研究国家重点实验室秦跟基课题组博士生郑馨慧为该论文的第一作者，秦跟基教授为通讯作者。博士生兰婧秋、张弈、于浩博士、张金喆博士，以及秦咏梅教授和苏晓东教授为该论文的共同作者。该研究受到国家自然科学基金和科技部重点研发计划的资助。,全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2590346222000566。

关键词：花瓣,绿色,颜色,合成,转录,因子,抑制,基因,表达,过程

导读： 掺杂是一种赋予材料新性能的常用方法。稀土离子具有非常丰富的光电磁性质，因此被广泛掺杂在各种无机材料中，以调整晶相、形貌和尺寸，同时可控调节掺杂材料的光、电和催化性能。稀土掺杂策略的研究对于设计新型功能材料具有重大意义。稀土掺杂纳米材料性能、制备与应用的全面介绍可以让入门者快速了解稀土纳米材料领域并开展研究。 近日，浙江大学邓人仁研究员、王娟研究员、香港城市大学王锋教授与新加坡国立大学刘小钢教授团队在《Chemical Reviews》期刊上发表了题为“Rare-Earth Doping in Nanostructured Inorganic Materials”的综述文章（DOI: /10.1021/acs.chemrev.1c00644）。该篇综述文章系统介绍了稀土离子的光电磁性质和掺杂策略，阐释了离子尺寸、价态等因素对于掺杂过程的影响，介绍了稀土离子掺杂到不同基质如稀土化合物、碱土金属化合物、半导体量子点、金属有机框架和二维层状材料时所采用的制备方法。首次全面综述了稀土掺杂纳米材料的应用领域，涵盖了生物成像与治疗领域、光学传感领域、催化领域、防伪、信息存储、光探测、光伏电池领域以及纳米磁铁等，跟进了近年来研究较为广泛的高分辨成像、时间分辨成像、光遗传学、单颗粒检测、单原子催化剂、纳米激光器、稀土掺杂钙钛矿太阳能电池、X射线检测等技术的最新研究进展。 文章最后分析了稀土掺杂纳米材料当前面临的挑战并展望了未来的研究趋势。作者认为，即使稀土氟化物和半导体纳米材料制备与掺杂调控已非常成熟，但其他异质掺杂纳米材料的可控制备与精细调节仍是一个难题，这在一定程度上限制了稀土离子的应用开发。未来，稀土纳米材料的设计需要更多的与理论计算模拟相结合，开辟稀土纳米材料新的应用领域，除了在上述研究热点中大有可为之外，稀土纳米材料与现代智能设备的结合并应用于日常生活也将成为日后的一个研究方向。 浙江大学博士生郑冰珠为该论文的第一作者，浙江大学邓人仁研究员、王娟研究员、香港城市大学王锋教授与新加坡国立大学刘小钢教授为通讯作者。 图1. 稀土纳米材料的发展史及其应用 图2. 稀土离子的半径与电子构型 图3. 不同稀土离子掺杂纳米材料结构示意图 图4. 稀土掺杂纳米材料在生物成像领域的应用 图5. 稀土掺杂纳米材料在生物治疗领域的应用 图6. 稀土掺杂纳米材料在光探测领域的应用 原文链接 https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.1c00644

关键词：稀土,掺杂,纳米材料,领域,离子,研究员,成像,文章,作者,制备

导读： 滤波器是集成光子技术的主要功能器件之一，它在光谱分析、非线性光波长转换、光互连等各种光学领域中都有重要应用。以集成量子光学芯片为例，光量子计算和通信使用单光子作为基本量子，而单个光子的光场强度是非常低的，这就要求滤波器件能够有效地从噪声中将微弱的单光子信号提取出来。各种单光子源基本都要通过强泵浦光来产生单光子，为了避免使灵敏的单光子探测器受到泵浦光的影响，高消光比滤波器更为必不可少。同时，为了减少对单光子的损耗，集成光量子芯片中使用的滤波器在实现高消光比的同时插入损耗也需要更低。 马赫-泽德干涉仪（MZI）器件有一定的滤波能力，但是MZI单元器件本身的通带带宽较宽，多单元级联后尺寸过大，在实际应用中存在很多限制。集成光子的谐振型器件，如微环等，具有天然的窄带滤波功能，然而单个谐振器件的消光比一般也不够高，需要将多个器件进行级联组合来提升。而且为了应对工艺带来的误差，使各谐振器满足对齐条件，这些滤波器的每一个谐振器单元都需要增加有源调谐，这除了进一步增大了尺寸外，还带来了额外的能耗、调控难度和热串扰等问题。 近日，华中科技大学武汉光电国家研究中心的董建绩教授和丹麦科学技术大学的丁运鸿副教授开展研究，首次提出并实验证明了一种基于高阶耦合纳米梁腔的光学滤波器。纳米梁本质是一种一维光子晶体谐振腔，一般是一种跟波导尺寸类似的狭窄条状梁，沿着梁的方向刻蚀了周期性的孔，并在中部引入缺陷。光场被约束在缺陷处，从而形成谐振模式。高阶纳米梁谐振腔滤波器的基本组成单元是高Q值的纳米梁谐振腔。因为纳米梁的宽度形如普通波导，在横向紧密排列时在整体保持非常小的尺寸的条件下有效提升纳米梁阶数(如图1所示)。同时，梁与梁之间的工艺误差降至最小，因此不再需要像高阶微环结构一样对每个谐振器进行单独调谐校准，大大降低了结构复杂度。 该研究提出的高消光比和低损耗的集成光子滤波器，有着优越的性能和极小的尺寸。器件尺寸仅为20 μm×10 μm，消光比高达70 dB，插入损耗低于1 dB，并且有着非常宽的阻带，不受FSR限制，展现了非常好的性能和特性(如图2)。基于半对称Fano耦合结构对纳米梁谐振腔传输效率的增强效应，纳米梁谐振腔单元拥有了能够实现更多功能的扩展能力。该工作在各种片上高消光比滤波应用中都能发挥重要作用，也特别有潜力用于集成光量子平台中的单光子源滤波应用。图1.(a)高阶纳米梁谐振腔滤波器示意图(b)器件局部图和主要参数(c)参数渐变区的光子晶体能带图2.(a)高阶纳米梁谐振腔滤波器SEM图(b)器件局部SEM图(c)实验装置(d)传输谱线TLS：可调谐激光器；PC：偏振控制器；DUT：测试器件；OSA：光谱分析仪。 相关研究成果近期发表在《Optics Letters》期刊上，并入选期刊亮点Editors' Pick被报道，该工作得到了国家自然科学基金项目（62075075, 61805090）的支持。 文献链接：https://doi.org/10.1364/OL.433850 [1] Z. Cheng, J. Zhang, J. Dong, and Y. Ding, "Compact high-contrast silicon optical filter using all-passive and CROW Fano nanobeam resonators," Opt. Lett. 46, 3873-3876 (2021).

关键词：纳米,滤波器,器件,谐振腔,集成,尺寸,光子,消光,单元,滤波

导读： 近日，中国农业科学院植物保护研究所经济作物病毒病害流行与控制创新团队研究发现，植物RNA依赖的RNA聚合酶1参与寄主防御类病毒的侵染，并参与水杨酸介导的植物对类病毒侵染的防御响应，该研究丰富了目前对植物类病毒与宿主相互作用的认识。相关研究成果在线发表在《分子植物病理学（Molecular Plant Pathology）》上。据李世访研究员介绍，类病毒是一种可以自主复制的非编码的环状单链RNA分子，迄今为止只在高等植物中发现。类病毒虽然很小，但引起病害的严重程度，跟病毒相比毫不逊色，尤其对蔬菜和果树等重要经济作物的生产构成很大的威胁。其中，马铃薯纺丝块茎类病毒（PSTVd）可在自然状态下侵染马铃薯、番茄、辣椒和茄子等数十种经济作物，造成严重的经济损失。植物RNA依赖的RNA聚合酶1已被证实在抗植物病毒防御过程中起着重要作用，但其在植物防御类病毒侵染过程中的作用尚不清楚。该研究利用马铃薯纺丝块茎类病毒和番茄/烟草组合，探究了RNA聚合酶1在植物抗类病毒侵染中的作用机制。研究发现过表达RNA聚合酶1基因的本氏烟，可在侵染初期抑制马铃薯纺丝块茎类病毒基因组RNA和sRNA的积累，但是在侵染后期抑制作用不明显。反而是RNA聚合酶1基因沉默的植株增加了对马铃薯纺丝块茎类病毒侵染的敏感性，提升了病毒的积累量。水杨酸预处理番茄可诱导植株基因沉默的表达，增强对该病毒侵染的防御能力，研究也进一步证明RNA聚合酶1参与了水杨酸介导番茄抵御该病毒的防御响应。该研究为植物类病毒病害的防治提供了新的思路和方法。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划等项目的资助。原文链接：https://bsppjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/mpp.13104

关键词：类病毒,RNA,侵染,植物,病毒,聚合酶,马铃薯,防御,块茎,纺丝

导读： 7月25日，中国农科院植保所经济作物病毒病害课题组，在植物病理学主流期刊 《分子植物病理学（Molecular Plant Pathology）》发表了题为“RNA-dependent RNA polymerase 1 delays the accumulation of viroids in infected plants”的研究论文。该论文发现植物RNA依赖的RNA聚合酶1（RDR1）参与寄主植物防御类病毒的侵染，丰富了我们对植物类病毒与宿主相互作用的认识。 类病毒是一种可以自主复制的非编码的环状单链RNA分子，大小在246 nt-475 nt，迄今为止只在高等植物中发现。根据其复制模式及分子结构特点，分为在细胞核中复制的不具有核酶结构的马铃薯纺锤块茎类病毒科（Pospiviroidae）和在叶绿体中进行复制并具有核酶结构的鳄梨日斑类病毒科（Avsunviroidae）。类病毒虽然很小，但引起病害的严重程度，跟病毒毫不逊色，尤其对蔬菜和果树等重要经济作物的生产构成很大的威胁。其中，马铃薯纺丝块茎类病毒（PSTVd）是马铃薯纺锤块茎类病毒科马铃薯纺锤块茎类病毒属的代表种，该类病毒可在自然状态下侵染马铃薯、番茄、辣椒、茄子和甘薯等数十种经济作物，造成严重的经济损失。植物RNA依赖的RNA聚合酶1（RDR1）已被证实在抗植物病毒防御过程中起着重要作用，但其在植物防御类病毒侵染过程中的作用尚不清楚。本研究利用PSTVd和番茄/烟草组合探究了RDR1在植物抗类病毒侵染中的作用机制。 研究发现过表达RDR1基因（NtRDR1）的本氏烟，可在侵染初期抑制PSTVd基因组RNA和PSTVd-sRNA（sRNA）的积累，但是在侵染后期抑制作用不明显。相反，番茄RDR1（SlRDR1a）基因沉默的植株增加了对PSTVd侵染的敏感性，提升了PSTVd的积累量。水杨酸（SA）预处理番茄可诱导植株SlRDR1a的表达，增强对PSTVd侵染的防御能力，研究也进一步证明了RDR1参与了SA介导番茄抵御PSTVd的防御响应。本研究是有关植物RDR1蛋白参与植物防御类病毒的首次报道，丰富了我们对植物类病毒与宿主相互作用的认知，为植物类病毒病害的防治提供了新的思路和方法。 植物病虫害生物学国家重点实验室李世访研究员和中国农业科学院/西南大学柑桔研究所周常勇研究员为论文的共同通讯作者，与西南大学联合培养2018级博士研究生李帅为论文第一作者。该研究得到国家自然科学基金（32072395），国家重点研发计划政府间合作专项（2017YFE0110900），以及中国热带农业科学院基本科研业务费（1630042021015）的资助。下调番茄SlRDR1a基因的表达提高植物对PSTVd侵染的敏感性。PSTVd接种沉默SlRDR1a基因的番茄（TRV: SlRDR1a），28天后，系统叶表现出严重的叶卷曲以及皱缩症状。

关键词：植物,类病毒,PSTVd,侵染,RNA,番茄,RDR1,马铃薯,SlRDR1a,防御

导读： 西安交大前沿科学技术研究院多学科材料研究中心博士生杨阳和青年教师纪元超副教授在任晓兵教授指导下，首次发现了一种能有效增强弛豫铁电体性能的机制，为设计高性能弛豫铁电体材料提供了一种全新思路。该项成果于9月24日在物理学旗舰期刊《物理评论快报》发表。 铁电材料是一类重要的功能材料，已经被广泛应用在航空、航天、通信、国防等高科技领域，年产值己达数百亿美元。铁电材料由于发生了从顺电相到铁电相的相变，导致其微观尺度上具有微米铁电畴、宏观尺度上具有铁电性。不同于传统的铁电材料，弛豫铁电材料是一种微观尺度上具有纳米极性微区（PNRs）而宏观尺度上呈现为“顺电相”的材料。由于其与众不同的宏观/微观结构，弛豫铁电材料具有在宽温域下高介电性能和窄滞后电致伸缩等性能，有望在微位移器、传感器、储能器等应用领域引起革命式的变革。然而，由于宏观尺度上表现为单一“顺电相”的特征，迄今为止，人们没有发现一种能有效增强弛豫铁电体性能的机制，使得弛豫铁电体材料的发展研究陷入了瓶颈。 杨阳和纪元超等人首次在弛豫铁电体体系中提出了一种全新的物理概念——准同型弛豫体边界（Morphotropic Relaxor Boundary，MRB），并发现其能够数倍增强弛豫铁电体性能。具体表现为：在报道的铌酸钾钠—钛酸钡（KNN-BT）弛豫铁电体体系中，跟非MRB成分相比，MRB成分实现了在超过100摄氏度的宽温域范围内，近1.5倍的介电性能增强以及近3倍的电致伸缩效应的增强。MRB增强弛豫铁电体性能机制，类似于传统铁电材料中的准同型相界增强机制。论文作者发现弛豫铁电体虽然宏观上表现为单一“顺电相”的特征，但是微观尺度上具有不同晶体对称性的PNRs，即存在四方弛豫铁电体（T relaxor）和三方弛豫铁电体（R relaxor）。然后，作者利用的PNRs能够具有不同的对称性，构建MRB，从而在MRB成分处实现了增强弛豫铁电体性能的目标。 此项成果为开发高性能弛豫铁电体材料提供了新原理和新方法。以上研究成果发表在物理学旗舰期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上（影响因子9.227）。据悉，这是任晓兵教授团队以西安交大为第一作者单位及通讯作者单位在《物理评论快报》发表的第8篇文章。该研究成果第一作者为西安交大前沿院博士生杨阳，通讯作者为纪元超副教授，西安交通大学为该论文的唯一通讯单位。 原文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.123.137601 9月26日，中国科技网·科技日报对研究结果予以报道，报道链接为http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/2019-09/26/content_795091.shtml 纪元超，2015年10月加入西安交通大学前沿科学技术研究院多学科材料研究中心。主要致力于研究各种智能材料（包括形状记忆合金、铁电压电材料、磁致伸缩材料），兴趣包括应变玻璃、无铅压电等基础与应用的研究。以第一作者或者通讯作者身份在SCI国际期刊发表多篇论文，并参与撰写专著。

关键词：材料,铁电体,铁电,弛豫铁电

导读： 2019年10月18日，中国科学院遗传与发育生物学研究所植物基因组学国家重点实验室梁承志研究组开发的分子育种整合组学知识库水稻子库在线发表于学术期刊Nucleic Acids Research（https://doi.org/10.1093/nar/gkz921）。文章题目为：“MBKbase for rice: an integrated omics knowledgebase for molecular breeding in rice”。 种质资源是作物遗传改良的基础。近年来高通量测序技术的发展已为解析作物种质材料的遗传变异和基因功能提供了大量的组学数据。单分子测序技术的发展也帮助构建了重要作物的多个参考基因组，为高质量泛基因组的构建提供了基础。整合这些组学数据将大大有利于对其的重复利用和深度挖掘。预期随着高通量表型采集技术的发展，育种大数据体量将不断增加，数据的整合和分析将越来越困难，因而建立一个通用的育种组学大数据整合分析平台对作物基因功能研究人员和育种工作者都至关重要。 梁承志团队多年来在高质量基因组组装和注释的基础上，致力于构建一个整合的作物组学知识库。该知识库旨在揭示种质材料的基因型以及跟表型信息在群体中的关联，设计了各类育种相关的组学数据的存储规范，适用于整合多物种种质信息、多参考基因组和泛基因组，尤其是海量的群体基因组重测序数据的存储和展示。目前该知识库的水稻子库展示了两个参考基因组和基因信息（另一个参考基因组数据也将很快公开）及近7000余份全球水稻重测序数据，大量水稻种质资源信息数据，400多万条表型记录值，1.3万个已知基因的功能注释等。在这些重测序的水稻种质资源遗传信息中，蕴含着大量的可用于改造水稻品质、增加抗性、提高产量的优良等位基因。通过在线用户自定义基因分型与表型数据的关联展示，首次实现了在线基因型到表型大数据的可视化实时展示。该知识库在基因型水平上进行多功能软件开发，实现了基于基因型的种质筛选、个体比较、变异分析、基因型在线注释等复杂功能。此外，该知识库具备数据的动态扩展功能，适于收集和导入新的作物群体重测序数据，并能够与原有数据集进行整合分析。水稻子库的建立也为其他作物比如大豆、小麦和玉米奠定了一个良好的基础。 论文第一作者为梁承志研究组博士生彭骅，梁承志研究员为通讯作者。数据库开发得到了基因组分析平台的大力支持和帮助。数据库设备也得到了植物基因组学国家重点实验室的支持。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（A）“分子模块设计育种创新体系”等项目的资助。

关键词：水稻分子育种,种质资源,作物遗传改良

导读： 2019年11月25日，中国科学院遗传与发育生物学研究所梁承志研究组开发的高质量基因组组装软件HERA在Nature Communications在线发表（DOI:10.1038/s41467-019-13355-3）。论文题目为“Assembly of chromosome-scale contigs by efficiently resolving repetitive sequences with long reads”。 高质量基因组序列对于研究一个物种基因组的结构、功能、进化、基因定位和克隆等都至关重要。目前单分子测序技术的发展，已使得构建高质量基因组草图越来越容易。然而，这些草图序列仍然存在着由于组装序列碎片化而导致的多种错误，比如不完整的基因序列、排列到染色体上之后的片段遗漏、排列顺序错误和方向错误等。这些错误对于利用这些基因组所做的很多研究会造成不便或误导。 梁承志组多年来通过结合单分子测序和光学图谱及HiC等技术构建高质量基因组，已完成多个植物基因组的组装。最近在前期工作的基础上开发了一个利用单分子测序长片段进行基因组复杂区域组装的新方法HERA。在现有软件组装的基础上，HERA能够大大改进基因组序列的连续性并减少了组装错误。通过对水稻基因组进行测试发现，HERA将水稻中的绝大部分重复序列包括复杂的长串联重复序列都正确地组装了出来。在玉米、苦荞和人基因组中与已发表版本进行对比，玉米的Contig N50从1.3 Mb提升至61.2Mb，人的Contig N50从8.3 MB提升至54.4 MB，苦荞基因组Contig N50达到了27.85 Mb。在玉米B73参考基因组中填补了大量以前没有组装出的序列，校正了多处染色体上序列位置或方向错误，并增加了一些以前丢失的多个重要基因。苦荞中全基因组8条染色体共只由20个Contig组成，其中一条染色体是一个Contig，展示了利用现有常规技术条件构建几乎完整的基因组的潜力。HERA跟已有基因组组装软件CANU等非常互补，预期二者的整合将会产生新的软件，大大提高基因组组装的效率。目前，由于单分子测序价格的下降，组装一个与日本晴质量相当或更好的水稻参考基因组的成本已降到了3万元以下。结合单分子测序、BioNano和Hi-C数据，目前可以很低的成本得到绝大多数物种的高质量参考基因组。对于功能基因组研究来说，高质量基因组序列的获取已不再是一个瓶颈，这预示着后基因组时代在多数物种中的全面到来。 论文第一作者为梁承志研究组博士生杜会龙，通讯作者为梁承志研究员。软件开发得到了基因组分析平台的大力支持和帮助。该研究得到了中国科学院战略性先导科技专项（A）“分子模块设计育种创新体系”等项目的资助。 图a: HERA组装基因组跟玉米参考基因组B73 RefGen_v4的比较。全基因组中序列缺口由2523个减少到了76个。图b: 玉米参考基因组中缺失或多余的序列（上图）经HERA改进后（下图）被正确地填补或移除。

关键词：基因组序列,单分子测序,光学图谱