2021年度“中国性命科学十大进展”揭晓

1月10日，中国科协性命科学学会结合体现向社会颁布2021年度“中国性命科学十大进展”评选成果。

以“公正、公平、公开”为原则，2021年度“中国性命科学十大进展”评选仍延续将项目结果进行知识创新和技术创新分类推举和评选的方法，组织成员学会推举，由性命科学、生物技术和临床医学等范畴同行资深专家评选，并经中国科协性命科学学会结合体主席团审核，最终肯定8个知识创新类和2个技术创新类项目结果为2021年度“中国性命科学十大进展”。

本年度“中国性命科学十大进展”的入选项目具有原创性突出、社会心义重大的特色。具体评选成果如下(排名不分先后)。

1、从二氧化碳到淀粉的人工合成

淀粉是食粮最重要的成分，也是主要的工业原料。中国科学院天津工业生物技术研讨所结合大连化物所等单位，抽提自然光合作用的化学实质，从头设计创立了从二氧化碳到淀粉合成的非自然道路，解决了道路代谢流从头计算、要害酶元件设计组装、生化道路精确调控等科学问题，以生物催化与化学催化耦合的11步反响，推翻了自然光合作用固定二氧化碳合成淀粉的庞杂生化进程，在国际上首次实现了二氧化碳到淀粉的人工全合成，能效和速率超出玉米等农作物，突破了自然光合作用局限，为淀粉的车间制作打开了一扇窗，并为二氧化碳原料合成庞杂分子提供了新思路。在国际上引起强烈反应，被以为是一项里程碑式突破，将在下一代生物制作和农业生产中带来变更性影响。

该结果发表在《科学》(Science，2021，373(6562):1523-1527)。

2、脊椎动物从水生到陆生演变的遗传创新机制

4亿多年前脊椎动物从水生到陆生是包含人类在内的陆生脊椎动物演变史上的重大事件，但长期以来对这一重大事件的遗传创新机制知之甚少。

西北工业大学生态环境学院王文、王堃团队与中科院水生生物研讨所何舜温和昆明动物所张国捷等团队合作，发现硬骨鱼祖先已进化出了陆生适应性相干的初步遗传基本，在肺鱼代表的肉鳍鱼内得到进一步增强，到四足动物最终完美而胜利登上了陆地。Science报道该结果揭示了“暗藏在生鱼类中水生到陆生演变的遗传奥秘”;瑞典科学院院士Per Alhberg教授撰文指出该项结果战胜了化石研讨难以研讨软组织器官和生理学问题的挑战，美国科学院院士、国际有名脊椎动物登陆研讨专家Neil Shubin撰文指出该结果为懂得脊椎动物水生到陆生的研讨“提供了要害认知和久长期待的数据”。

该结果两篇研讨论文以封面故事发表于《细胞》杂志(Cell，2021，184(5):1362-1376;1377-1391)。

脊椎动物水生到陆生演变进程的重要遗传创新

3、新型冠状病毒逃逸宿主天然免疫和抗病毒药物的机制

新冠病毒性肺炎疫情已连续两年，不断呈现的突变株对发展广谱药物提出急迫需求。由病毒复制酶组成“转录复制复合体”，负责病毒转录复制的全进程，在各突变株中高度保守，是开发广谱药物的核心靶点。

清华大学饶子和院士、娄智勇教授课题组，在国际上首次发现和重构了新冠病毒转录复制机器的完全组成情势。以此为基本，首次明白了病毒mRNA“加帽”成熟的要害酶分子，答复了冠状病毒研讨中近30年来悬而未决的问题，并且该分子在各突变株中高度保守，在人体中没有同源物，为发展新型、安全的广谱抗病毒药物提供了全新靶点。同时，他们还首次发现病毒以“反式回溯”的方法对错配碱基和抗病毒药物进行“剔除”，说明了瑞德西韦等药物后果不良的分子机制，为优化针对聚合酶的抗病毒药物提供了要害科学根据。

以上研讨结果分离发表于《细胞》杂志(Cell, 184(1):184-193; Cell, 184(13):3474-3485)。

新冠病毒转录复制复合体的mRNA加帽状况与复制校订状况

4、转录起始超级复合物组装机制

转录起始超级复合物是中心法则中转录步骤的核心，对懂得基因表达调控和相干生理病理进程具有主要意义，一直是国际性命科学研讨的核心和前沿问题。

复旦大学徐彦辉团队解析转录起始复合物PIC及其与Mediator(中介体)组成的转录起始超级复合物构造的三维构造，体系地展现转录机器辨认不同类型启动子并完成组装的全进程，揭示了转录为何产生在几乎所有基因的启动子上，推翻了关于启动子辨认和转录起始复合物组装的传统认识，说明了Mediator增进PIC组装和转录激活的机制。

上述结果以2篇研讨长文发表于《科学》杂志(Science 372, eaba8490;Science 372, eabg0635)，其中一篇被Science杂志选为封面文章，标题为“转录如何起始”。

转录起始复合物辨认启动子(左图)及转录激活(右图)的分子机制

5、进步中晚期鼻咽癌疗效的高效低毒治疗新模式

鼻咽癌是“中国特点”肿瘤，年新发病例占全球一半。放疗后的全身渺小残留肿瘤是其治疗失败的根源，而由于放疗后患者身材状态差，难以耐受既往高强度的传统化疗(完成率仅约40%-50%)，成为制约疗效进步的瓶颈。

中山大学肿瘤防治中心马骏研讨团队提出了小剂量、长时光口服细胞毒药物卡培他滨的节拍化疗模式，其可通过抗血管生成、杀伤肿瘤干细胞等机制连续克制肿瘤，同时进步机体耐受性。马骏教授通过牵头一项多中心、前瞻性临床研讨发现，在放疗后使用“卡培他滨节拍化疗”可将失败风险明显降低45%，且严重毒副作用产生率减少了3/5，完成率达74%。同时卡培他滨口服用药便利可及，易于向基层推广。

由此，该研讨打破了传统化疗的疗效瓶颈，树立了鼻咽癌国际领先、高效低毒且简略易行的治疗新尺度。

该结果发表于《柳叶刀杂志》(Lancet, 2021, 398(10297): 303-313)。

“卡培他滨节拍化疗”的高效低毒治疗新模式

6、异源四倍体野生稻迅速从头驯化

当前的栽培稻是从祖先二倍体野生稻经过数千年的人工驯化而来，同时随同着遗传多样性的降低与优异基因的丢失。中国科学院遗传与发育生物学研讨所李家洋团队首次提出异源四倍体野生稻迅速从头驯化的新策略，对应对未来食粮危机提供了新的可行路径，开拓了全新的育种方向。以此策略为蓝图，该项目筛选出一份四倍体高秆野生稻资源，树立了高效的组培再生、遗传转化与基因编纂系统，组装了高质量参考基因组，并胜利创制了改进落粒性、芒性、株高、粒长、茎秆粗度、生育期等不同类型的四倍体水稻新材质，突破了全体技术瓶颈，证明异源四倍体野生稻迅速从头驯化策略高度可行。未来四倍体水稻新作物的胜利培育将有望对世界食粮生产带来推翻性的革命。

该结果发表于《细胞》杂志(Cell，2021，184(5):1156-1170)。

异源四倍体野生稻迅速从头驯化路径模式图

7、冠状病毒的跨种辨认和分子机制

近20年，人类遭受了三次由冠状病毒引发的重大疫情。大多数沾染人的冠状病毒起源于动物，而我们发现病毒在人际间流传往往是滞后的，疾病防控的关口须要在“时光”上前移。

中国科学院微生物研讨所高福院士团队树立了高效评估冠状病毒跨种辨认才能的方式，应用这些方式对蝙蝠源性冠状病毒 RaTG13和穿山甲源性冠状病毒 GD/1/2019 和 GX/P2V/2017 的跨种流传潜在风险进行评估，并说明其跨种辨认的分子机制，研讨发现上述三种冠状病毒存在跨种流传的潜在风险，提醒我们要连续对动物源性冠状病毒进行监测，预防新的冠状病毒引发疫情，同时为懂得病毒进化提供分子基本。

相干研讨结果发表于《细胞》杂志(Cell,2021, 184(13):3438-3451.e10)和《欧洲分子生物学》杂志 (EMBO J, 2021, 41(1):e109962)。

RaTG13、 GD/1/2019 和 GX/P2V/2017的跨种辨认图谱

8、揭开鸟类长距离迁徙之谜

鸟类迁徙是最受关注的自然奇观之一。迁徙路线的形成进程、维持机制和在气候变化下的未来趋势，以及迁徙策略的遗传基本，一直是学界的研讨热门和难点。

中国科学院动物研讨所詹祥江团队历时12年，通过整合多年卫星追踪数据和种群基因组信息，树立了一套大陆标准的北极游隼(Falco peregrinus)迁徙研讨体系。研讨人员说明了气候变化在鸟类迁徙路线形成、维持及未来变化趋势中的驱动作用，发现一个和记忆才能相干的基因ADCY8在迁徙距离更长的游隼种群中受到正选择，揭示了长时记忆可能是鸟类长距离迁徙的主要基本。该研讨全面联合遥感卫星追踪、基因组学、神经生物学等新型研讨手腕，展示了学科交叉型的创新性研讨在答复重大科学问题中的要害作用。

该结果以封面文章发表于《自然》杂志(Nature，2021，591(7849):259-264)，并被《自然-生态进化》杂志评为12项年度回顾工作之一。

《自然》杂志封面及北极游隼迁徙路线

9、干预单分子定位显微镜

细胞的生理进程是由纳米标准的生物分子执行的，因此对性命运动更深刻的懂得须要纳米分辩率的成像技术。中国科学院生物物理研讨所徐涛院士组和纪伟研讨组组成的技术攻关团队，一直聚焦于突破光学显微成像分辩率的研讨，前期发展的ROSE显微镜把侧向(X-Y)分辩率进步到纳米程度(Nature Methods，2019)，基于干预定位创新原理又研制出ROSE-Z显微镜，进一步突破了轴向(Z)分辩率，可解析纳米标准的亚细胞构造，为性命科学研讨提供了有力工具。该研讨表明光学显微镜已经步入纳米分辩率时期，我国科学家在该范畴具备多学科交叉技术创新才能，研制的具有自主知识产权的新型超分辩成像装备处于国际领先位置。

该结果发表于《自然-方式》杂志(Nature Methods，2021，18:369-373)。

干预单分子定位显微镜解析细胞微管空心构造

10、全脑单神经元多样性研讨及信息学大数据平台

单神经元精度全脑图谱，对懂得大脑至关主要。东南大学脑科学与智能技术研讨院彭汉川、顾忠泽、谢维团队树立了世界上首个完全的全脑单神经元分辩率大数据和信息学平台并利用于全鼠脑研讨，针对神经元的全脑三维影像数据进行高通量神经元重建，全脑映射以及智能数据发掘，并基于此平台生产了目前世界上数量最大的单细胞神经元形态数据集，首次揭示了长程投射规矩和分子程度基本上的神经元形态亚类多样性，对研讨大脑细胞分型和功能、脑衔接环路、全脑大范围模仿、类脑计算、基于生物脑的新型人工智能算法和体系等会连续发生主要作用。本结果实现了首个软硬件联合的PB级超大范围脑大数据平台和首个完全的单细胞形态数据生产流水线，定量证明了完全单细胞解剖学剖析对神经细胞类型鉴定至关主要。

重要科研结果分离发表于《自然》(Nature, 598: 174–181;)和《自然-方式》(Nature Methods, 19: 111–118)。

全脑规模完全神经元形态成像、重建、配准、剖析平台和流程

据介绍，中国科协性命科学学会结合体自2015年起开展年度“中国性命科学十大进展”评选工作，旨在推进性命科学研讨和技术创新，充足展现和宣扬我国性命科学范畴的重大科技结果。目前评选运动已持续开展7个年度。每年颁布评选成果后，邀请入选项目专家编写和出版科普书籍，并举行交换会暨面向青少年的科普报告会，向公众揭示性命科学的新奥秘，为性命科学新技术的开发、医学新突破和生物经济的发展提供新的思路，极大进步了性命科学和相干技术的社会影响力。