1月10日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)生命科學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合體發(fā)布了2021年度“中國(guó)生命科學(xué)十大進(jìn)展”，本年度入選成果包括8個(gè)知識(shí)創(chuàng)新類(lèi)和2個(gè)技術(shù)創(chuàng)新類(lèi)項(xiàng)目成果。其中西北工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)、中山大學(xué)、東南大學(xué)等5所高校的科研成果成功入選。

2021年度“中國(guó)生命科學(xué)十大進(jìn)展”評(píng)選結(jié)果

（排名不分先后）

　　從二氧化碳到淀粉的人工合成

　　淀粉是糧食最主要的成分，也是重要的工業(yè)原料。中國(guó)科學(xué)院天津工業(yè)生物技術(shù)研究所聯(lián)合大連化物所等單位，抽提自然光合作用的化學(xué)本質(zhì)，從頭設(shè)計(jì)創(chuàng)建了從二氧化碳到淀粉合成的非自然途徑，解決了途徑代謝流從頭計(jì)算、關(guān)鍵酶元件設(shè)計(jì)組裝、生化途徑精確調(diào)控等科學(xué)問(wèn)題，以生物催化與化學(xué)催化耦合的11步反應(yīng)，顛覆了自然光合作用固定二氧化碳合成淀粉的復(fù)雜生化過(guò)程，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的人工全合成，能效和速率超越玉米等農(nóng)作物，突破了自然光合作用局限，為淀粉的車(chē)間制造打開(kāi)了一扇窗，并為二氧化碳原料合成復(fù)雜分子提供了新思路。在國(guó)際上引起強(qiáng)烈反響，被認(rèn)為是一項(xiàng)里程牌式突破，將在下一代生物制造和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中帶來(lái)變革性影響。

　　該成果發(fā)表在《科學(xué)》(Science，2021，373(6562):1523-1527)。

　　脊椎動(dòng)物從水生到陸生演化的遺傳創(chuàng)新機(jī)制

　　4億多年前脊椎動(dòng)物從水生到陸生是包括人類(lèi)在內(nèi)的陸生脊椎動(dòng)物演化史上的重大事件，但長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)這一重大事件的遺傳創(chuàng)新機(jī)制知之甚少。

　　西北工業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院王文、王堃團(tuán)隊(duì)與中科院水生生物研究所何舜平和昆明動(dòng)物所張國(guó)捷等團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)硬骨魚(yú)祖先已進(jìn)化出了陸生適應(yīng)性相關(guān)的初步遺傳基礎(chǔ)，在肺魚(yú)代表的肉鰭魚(yú)內(nèi)得到進(jìn)一步加強(qiáng)，到四足動(dòng)物最終完善而成功登上了陸地。Science報(bào)道該成果揭示了“隱藏在現(xiàn)生魚(yú)類(lèi)中水生到陸生演化的遺傳奧秘”；瑞典科學(xué)院院士Per Alhberg教授撰文指出該項(xiàng)成果克服了化石研究難以研究軟組織器官和生理學(xué)問(wèn)題的挑戰(zhàn)，美國(guó)科學(xué)院院士、國(guó)際著名脊椎動(dòng)物登陸研究專(zhuān)家Neil Shubin撰文指出該成果為理解脊椎動(dòng)物水生到陸生的研究“提供了關(guān)鍵認(rèn)知和長(zhǎng)久期待的數(shù)據(jù)”。

　　該成果兩篇研究論文以封面故事發(fā)表于《細(xì)胞》雜志(Cell，2021，184(5):1362-1376;1377-1391)。

脊椎動(dòng)物水生到陸生演化過(guò)程的主要遺傳創(chuàng)新

　　新型冠狀病毒逃逸宿主天然免疫和抗病毒藥物的機(jī)制

　　新冠病毒肺炎疫情已持續(xù)兩年，不斷出現(xiàn)的突變株對(duì)發(fā)展廣譜藥物提出急迫需求。由病毒復(fù)制酶組成“轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)合體”，負(fù)責(zé)病毒轉(zhuǎn)錄復(fù)制的全過(guò)程，在各突變株中高度保守，是開(kāi)發(fā)廣譜藥物的核心靶點(diǎn)。

　　清華大學(xué)饒子和院士、婁智勇教授課題組，在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)和重構(gòu)了新冠病毒轉(zhuǎn)錄復(fù)制機(jī)器的完整組成形式。以此為基礎(chǔ)，首次明確了病毒mRNA“加帽”成熟的關(guān)鍵酶分子，回答了冠狀病毒研究中近30年來(lái)懸而未決的問(wèn)題，并且該分子在各突變株中高度保守，在人體中沒(méi)有同源物，為發(fā)展新型、安全的廣譜抗病毒藥物提供了全新靶點(diǎn)。同時(shí)，他們還首次發(fā)現(xiàn)病毒以“反式回溯”的方式對(duì)錯(cuò)配堿基和抗病毒藥物進(jìn)行“剔除”，闡明了瑞德西韋等藥物效果不良的分子機(jī)制，為優(yōu)化針對(duì)聚合酶的抗病毒藥物提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

　　以上研究成果分別發(fā)表于《細(xì)胞》雜志(Cell, 184(1):184-193; Cell, 184(13):3474-3485)。

新冠病毒轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)合體的mRNA加帽狀態(tài)與復(fù)制校正狀態(tài)

　　轉(zhuǎn)錄起始超級(jí)復(fù)合物組裝機(jī)制

　　轉(zhuǎn)錄起始超級(jí)復(fù)合物是中心法則中轉(zhuǎn)錄步驟的核心，對(duì)理解基因表達(dá)調(diào)控和相關(guān)生理病理過(guò)程具有重要意義，一直是國(guó)際生命科學(xué)研究的核心和前沿問(wèn)題。

　　復(fù)旦大學(xué)徐彥輝團(tuán)隊(duì)解析轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物PIC及其與Mediator(中介體)組成的轉(zhuǎn)錄起始超級(jí)復(fù)合物結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)地展示轉(zhuǎn)錄機(jī)器識(shí)別不同類(lèi)型啟動(dòng)子并完成組裝的全過(guò)程，揭示了轉(zhuǎn)錄為何發(fā)生在幾乎所有基因的啟動(dòng)子上，顛覆了關(guān)于啟動(dòng)子識(shí)別和轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物組裝的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，闡明了Mediator促進(jìn)PIC組裝和轉(zhuǎn)錄激活的機(jī)制。

　　上述成果以2篇研究長(zhǎng)文發(fā)表于《科學(xué)》雜志(Science 372, eaba8490;Science 372, eabg0635)，其中一篇被Science雜志選為封面文章，題目為“轉(zhuǎn)錄如何起始”。

轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物識(shí)別啟動(dòng)子（左圖）及轉(zhuǎn)錄激活（右圖）的分子機(jī)制

　　提高中晚期鼻咽癌療效的高效低毒治療新模式

　　鼻咽癌是“中國(guó)特色”腫瘤，年新發(fā)病例占全球一半。放療后的全身微小殘留腫瘤是其治療失敗的根源，而由于放療后患者身體狀況差，難以耐受既往高強(qiáng)度的傳統(tǒng)化療(完成率僅約40%-50%)，成為制約療效提高的瓶頸。

　　中山大學(xué)腫瘤防治中心馬駿研究團(tuán)隊(duì)提出了小劑量、長(zhǎng)時(shí)間口服細(xì)胞毒藥物卡培他濱的節(jié)拍化療模式，其可通過(guò)抗血管生成、殺傷腫瘤干細(xì)胞等機(jī)制持續(xù)抑制腫瘤，同時(shí)提高機(jī)體耐受性。馬駿教授通過(guò)牽頭一項(xiàng)多中心、前瞻性臨床研究發(fā)現(xiàn)，在放療后使用“卡培他濱節(jié)拍化療”可將失敗風(fēng)險(xiǎn)顯著降低45%，且嚴(yán)重毒副作用發(fā)生率減少了3/5，完成率達(dá)74%。同時(shí)卡培他濱口服用藥方便可及，易于向基層推廣。

　　由此，該研究打破了傳統(tǒng)化療的療效瓶頸，建立了鼻咽癌國(guó)際領(lǐng)先、高效低毒且簡(jiǎn)單易行的治療新標(biāo)準(zhǔn)。

　　該成果發(fā)表于《柳葉刀雜志》(Lancet, 2021, 398(10297): 303-313)。

“卡培他濱節(jié)拍化療”的高效低毒治療新模式

　　異源四倍體野生稻快速?gòu)念^馴化

　　當(dāng)前的栽培稻是從祖先二倍體野生稻經(jīng)過(guò)數(shù)千年的人工馴化而來(lái)，同時(shí)伴隨著遺傳多樣性的降低與優(yōu)異基因的丟失。中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋團(tuán)隊(duì)與合作者首次提出異源四倍體野生稻快速?gòu)念^馴化的新策略，對(duì)應(yīng)對(duì)未來(lái)糧食危機(jī)提供了新的可行路徑，開(kāi)辟了全新的育種方向。以此策略為藍(lán)圖，該項(xiàng)目篩選出一份四倍體高稈野生稻資源，建立了高效的組培再生、遺傳轉(zhuǎn)化與基因編輯體系，組裝了高質(zhì)量參考基因組，并成功創(chuàng)制了改良落粒性、芒性、株高、粒長(zhǎng)、莖稈粗度、生育期等不同類(lèi)型的四倍體水稻新材料，突破了全部技術(shù)瓶頸，證明異源四倍體野生稻快速?gòu)念^馴化策略高度可行。未來(lái)四倍體水稻新作物的成功培育將有望對(duì)世界糧食生產(chǎn)帶來(lái)顛覆性的革命。

　　該成果發(fā)表于《細(xì)胞》雜志(Cell，2021，184(5):1156-1170)。

異源四倍體野生稻快速?gòu)念^馴化路徑模式圖

　　冠狀病毒的跨種識(shí)別和分子機(jī)制

　　近20年，人類(lèi)遭受了三次由冠狀病毒引發(fā)的重大疫情。大多數(shù)感染人的冠狀病毒來(lái)源于動(dòng)物，而我們發(fā)現(xiàn)病毒在人際間傳播往往是滯后的，疾病防控的關(guān)口需要在“時(shí)間”上前移。

　　中國(guó)科學(xué)院微生物研究所高福院士團(tuán)隊(duì)建立了高效評(píng)估冠狀病毒跨種識(shí)別能力的方法，利用這些方法對(duì)蝙蝠源性冠狀病毒 RaTG13和穿山甲源性冠狀病毒 GD/1/2019 和 GX/P2V/2017 的跨種傳播潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，并闡明其跨種識(shí)別的分子機(jī)制，研究發(fā)現(xiàn)上述三種冠狀病毒存在跨種傳播的潛在風(fēng)險(xiǎn)，提示我們要持續(xù)對(duì)動(dòng)物源性冠狀病毒進(jìn)行監(jiān)測(cè)，預(yù)防新的冠狀病毒引發(fā)疫情，同時(shí)為理解病毒進(jìn)化提供分子基礎(chǔ)。

　　相關(guān)研究成果發(fā)表于《細(xì)胞》雜志(Cell,2021, 184(13):3438-3451.e10)和《歐洲分子生物學(xué)組織雜志》(EMBO J, 2021, 41(1):e109962)。

RaTG13、 GD/1/2019 和 GX/P2V/2017的跨種識(shí)別圖譜

　　揭開(kāi)鳥(niǎo)類(lèi)長(zhǎng)距離遷徙之謎

　　鳥(niǎo)類(lèi)遷徙是最受關(guān)注的自然奇觀之一。遷徙路線的形成過(guò)程、維持機(jī)制和在氣候變化下的未來(lái)趨勢(shì)，以及遷徙策略的遺傳基礎(chǔ)，一直是學(xué)界的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

　　中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所詹祥江團(tuán)隊(duì)歷時(shí)12年，通過(guò)整合多年衛(wèi)星追蹤數(shù)據(jù)和種群基因組信息，建立了一套大陸尺度的的北極游隼(Falco peregrinus)遷徙研究系統(tǒng)。研究人員闡明了氣候變化在鳥(niǎo)類(lèi)遷徙路線形成、維持及未來(lái)變化趨勢(shì)中的驅(qū)動(dòng)作用，發(fā)現(xiàn)一個(gè)和記憶能力相關(guān)的基因ADCY8在遷徙距離更長(zhǎng)的游隼種群中受到正選擇，揭示了長(zhǎng)時(shí)記憶可能是鳥(niǎo)類(lèi)長(zhǎng)距離遷徙的重要基礎(chǔ)。該研究全面結(jié)合遙感衛(wèi)星追蹤、基因組學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等新型研究手段，展現(xiàn)了學(xué)科交叉型的創(chuàng)新性研究在回答重大科學(xué)問(wèn)題中的關(guān)鍵作用。

　　該成果以封面文章發(fā)表于《自然》雜志(Nature，2021，591(7849):259-264)，并被《自然-生態(tài)進(jìn)化》雜志評(píng)為12項(xiàng)年度回顧工作之一。

《自然》雜志封面及北極游隼遷徙路線

　　干涉單分子定位顯微鏡

　　細(xì)胞的生理過(guò)程是由納米尺度的生物分子執(zhí)行的，因此對(duì)生命活動(dòng)更深入的理解需要納米分辨率的成像技術(shù)。中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所徐濤院士組和紀(jì)偉研究組組成的技術(shù)攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，一直聚焦于突破光學(xué)顯微成像分辨率的研究，前期發(fā)展的ROSE顯微鏡把側(cè)向(X-Y)分辨率提高到納米水平(Nature Methods，2019)，基于干涉定位創(chuàng)新原理又研制出ROSE-Z顯微鏡，進(jìn)一步突破了軸向(Z)分辨率，可解析納米尺度的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)，為生命科學(xué)研究提供了有力工具。該研究表明光學(xué)顯微鏡已經(jīng)步入納米分辨率時(shí)代，我國(guó)科學(xué)家在該領(lǐng)域具備多學(xué)科交叉技術(shù)創(chuàng)新能力，研制的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型超分辨成像設(shè)備處于國(guó)際領(lǐng)先地位。

　　該成果發(fā)表于《自然-方法》雜志(Nature Methods，2021，18:369-373)。

　　全腦單神經(jīng)元多樣性研究及信息學(xué)大數(shù)據(jù)平臺(tái)

　　單神經(jīng)元精度全腦圖譜，對(duì)理解大腦至關(guān)重要。東南大學(xué)腦科學(xué)與智能技術(shù)研究院彭漢川、顧忠澤、謝維團(tuán)隊(duì)建立了世界上首個(gè)完整的全腦單神經(jīng)元分辨率大數(shù)據(jù)和信息學(xué)平臺(tái)并應(yīng)用于全鼠腦研究，針對(duì)神經(jīng)元的全腦三維影像數(shù)據(jù)進(jìn)行高通量神經(jīng)元重建，全腦映射以及智能數(shù)據(jù)挖掘，并基于此平臺(tái)生產(chǎn)了目前世界上數(shù)目最大的單細(xì)胞神經(jīng)元形態(tài)數(shù)據(jù)集，首次揭示了長(zhǎng)程投射規(guī)則和分子水平基礎(chǔ)上的神經(jīng)元形態(tài)亞類(lèi)多樣性，對(duì)研究大腦細(xì)胞分型和功能、腦連接環(huán)路、全腦大規(guī)模模擬、類(lèi)腦計(jì)算、基于生物腦的新型人工智能算法和系統(tǒng)等會(huì)持續(xù)產(chǎn)生重要作用。本成果實(shí)現(xiàn)了首個(gè)軟硬件結(jié)合的PB級(jí)超大規(guī)模腦大數(shù)據(jù)平臺(tái)和首個(gè)完整的單細(xì)胞形態(tài)數(shù)據(jù)生產(chǎn)流水線，定量證明了完整單細(xì)胞解剖學(xué)分析對(duì)神經(jīng)細(xì)胞類(lèi)型鑒定至關(guān)重要。

　　主要科研成果分別發(fā)表于《自然》(Nature, 598: 174–181;)和《自然-方法》(Nature Methods, 19: 111–118)。

　　據(jù)悉，中國(guó)科協(xié)生命科學(xué)學(xué)會(huì)聯(lián)合體自2015年起開(kāi)展年度“中國(guó)生命科學(xué)十大進(jìn)展”評(píng)選工作，旨在推動(dòng)生命科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新，充分展示和宣傳我國(guó)生命科學(xué)領(lǐng)域的重大科技成果。目前評(píng)選活動(dòng)已連續(xù)開(kāi)展7個(gè)年度。每年公布評(píng)選結(jié)果后，邀請(qǐng)入選項(xiàng)目專(zhuān)家編寫(xiě)和出版科普書(shū)籍，并舉辦交流會(huì)暨面向青少年的科普?qǐng)?bào)告會(huì)，向公眾揭示生命科學(xué)的新奧秘，為生命科學(xué)新技術(shù)的開(kāi)發(fā)、醫(yī)學(xué)新突破和生物經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供新的思路，極大提高了生命科學(xué)和相關(guān)技術(shù)的社會(huì)影響力。

全腦范圍完整神經(jīng)元形態(tài)成像、重建、配準(zhǔn)、分析平臺(tái)和流程