2017年度“中国生命科学十大进展”公布

为了促进生命科学领域的创新发展，充分展示和宣传我国生命科学领域的重大科技成果，由中国生命科学学会联合会组织的22个会员学会，经过生命科学领域的同行评审和评选，向社会推荐了2017年“中国生命科学十大进展”评选结果(排名不分先后)。

中国科学技术协会生命科学协会

2018年1月24日

水稻新广谱抗病性的遗传基础发现及机理分析

被称为“水稻癌症”的稻瘟病常年肆虐各水稻产区，导致水稻产量大幅度下降，甚至完全丧失水稻收成，这是全球粮食安全的一大隐患。

四川农业大学陈课题组通过大量数据分析和分子生物技术鉴定克隆了抗病基因位点Bsr-d1，揭示了该位点具有抗性谱广、抗性持久、对水稻产量性状无明显影响的特点。一方面，研究成果极大地丰富了水稻免疫应答和抗病分子的理论基础；另一方面，它为培育广谱、持久抗稻瘟病的水稻新品种提供了关键的抗病基因。同时，也为小麦、玉米等粮食作物抗病新机制的基础和应用研究提供了重要参考。

结果发表在《细胞》(Cell，2017，170(1):11126)杂志上。

水稻Bsr-d1基因位点抗稻瘟病的分子机制

人类Piwi基因突变引起的男性不育

男性不育是目前备受关注的社会问题。Piwi基因在男性睾丸组织中特异表达，但其在人类精子发生和男性不育中的作用鲜为人知。

中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所刘默芳课题组与上海计划生育科学研究所石慧娟课题组合作，从男性不育患者中筛选并发现一种Piwi基因突变。小鼠模型证明了这种突变导致雄性不育，并揭示了这种突变导致雄性不育的分子机制。基于这种干预策略的设计，突变小鼠的精子活性得到了有效的恢复。本研究首次证明了Piwi基因突变导致男性不育，为该类男性不育的准确医学治疗提供了理论依据和方法策略。

该结果发表在《细胞》(Cell，2017，169(6):1090-1104)杂志上。

少弱精子症/无精子症患者的Piwi基因突变导致男性/男性不育。

m6A的甲基化修饰调节脊椎动物造血干细胞的命运

造血干细胞是各种血细胞的原始祖细胞，不仅维持血液系统的长期稳定，而且是骨髓移植治疗恶性血液病的核心成分。然而，资源缺乏是制约临床疾病治疗的瓶颈。

中国科学院动物研究所刘枫课题组与北京基因组研究所杨云贵课题组合作研究，首次发现m6A甲基化在内皮-造血细胞转化过程中调节基因表达平衡，促进造血干细胞发育。这项工作从一个全新的角度揭示了造血干细胞命运决定的机制，拓展了人们对m6A生理功能的认识，同时为探索造血干细胞的体外来源提供了新的思路。

该发现发表在《自然》(2017，549:27276)上。

M6A修饰水平的notch1a基因促进内皮-造血细胞转化。

化疗药物通过caspase-3诱导细胞死亡并产生毒副作用。

细胞灼死是一种细胞炎性坏死，是通过炎性半胱天冬酶蛋白酶切割Gasdermin-D蛋白，使GSDMD蛋白释放出具有细胞膜穿孔活性的结构而发生的。

北京生命科学研究所的邵峰研究小组发现，凋亡而非炎症性的半胱天冬酶-3蛋白酶切割并激活Gasdermin-E(GSDME)蛋白来诱导细胞灼伤。临床上常用的化疗药物通过依赖谷胱甘肽的细胞灼伤杀死正常细胞。在小鼠体内敲除GSDeme基因可以显著降低化疗药物引起的器官损伤和体重减轻等毒副作用。这些发现首次揭示了肿瘤化疗药物毒副作用的分子机制，为提高化疗效率提供了新的途径。

该发现发表在《自然》(2017，547:9103)上。

GSDME测定化疗药物分别诱导癌细胞和正常细胞凋亡和焦烧死亡。

细胞感知葡萄糖水平和调节代谢的分子机制

葡萄糖是细胞的主要能量来源，它的减少将激活腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)。厦门大学的林研究小组和邓迪大学的哈迪报道了一种通过检测细胞中葡萄糖代谢的中间体1，二磷酸果糖(FBP)的下降来触发激活的新机制。该研究揭示了细胞对葡萄糖的感知途径和葡萄糖控制细胞代谢状态的机制，也颠覆了AMPK被腺苷酸升高激活的传统范式。

结果发表在《自然》(2017，548:11116)上。

葡萄糖水平决定细胞和代谢生长状态的机制

基于单细胞测序的肝癌免疫定位

中国是世界上肝癌患者人数最多的国家，并且已经成为中国的健康威胁之一。北京大学张泽民研究小组与北京世纪坛医院的彭吉润、欧阳文军合作，对肝癌肿瘤微环境中的T淋巴细胞进行了综合分析，完成了5000多个T淋巴细胞的单细胞测序数据，揭示了血液和肿瘤中T细胞的明显特征，探讨了T淋巴细胞不同亚群之间的关系，通过体外实验发现并进一步证明了Layilin基因可能是一个潜在的免疫治疗靶点。这项工作是世界上第一个关于肿瘤相关T淋巴细胞的单细胞组织化学研究。为从多个角度了解肝癌相关T淋巴细胞的特征奠定了基础，也为肿瘤免疫图谱的绘制奠定了范式，为其他肿瘤的类似研究奠定了重要基础。

结果发表在《细胞》杂志上(细胞，2017，169 (7): 1341356)

肿瘤浸润性免疫细胞的单细胞测序

水稻广谱持久抗病性和产量平衡的遗传和表观调控机制

稻瘟病是水稻最严重的病害，也是水稻生产的“癌症”。它被列为十大真菌疾病。水稻育种的瓶颈是发现广谱、持久的抗稻瘟病新基因，平衡抗病与产量的关系。

中国科学院上海科学院植物生理生态研究所何祖华课题组系统地鉴定和分析了一个新的广谱抗稻瘟病基因Pigm。发现该基因位点通过蛋白质相互作用和表观遗传学方法，巧妙地调控一对免疫受体蛋白PigmR和PigmS，协调广谱水稻抗病和产量平衡的新机制，为作物高抗与产量的矛盾提供了新的理论，也为作物抗病育种提供了有效的技术。该成果已应用于抗病分子育种40余个单位，一批抗病谱广的新品种获得批准并广泛推广，具有很大的应用潜力。

研究结果发表在《科学》(Science)杂志上(Science，2017，355:96965)。

自然病圃中抗病新品种(NIL-Pigm)与对照(NIPB)的发病率比较及功能模型

超高时空分辨率小型化双光子体内显微成像系统

在程和平院士的领导下，北京大学多学科交叉研究开发团队在利用微集成、微光学、超快光纤激光器和半导体光电子学开发高时空分辨率活体成像系统方面取得了突破性的技术创新。成功研制了2.2g小型化可穿戴双光子荧光显微镜，这是世界上首次在尾部悬吊、跳台和社交等自然行为条件下记录小鼠脑神经元和突触的高速高分辨率图像。这项突破性技术将开启一个新的研究范式。在动物的自然行为条件下，它不仅能“看到”大脑活动的过程，而且在可视化自闭症、阿尔茨海默病和癫痫等脑部疾病的神经机制方面发挥着重要作用。这一成就反映了我国生命科学家有能力开发出整个系统的尖端科学研究仪器和设备，并为即将到来的中国脑科学计划创造了核心创新工具。

该结果发表在《自然方法》(2017，14:71719)杂志上。

将微型双光子显微镜戴在小鼠头上，观察*行为条件下的神经活动。

瘙痒信息传递的神经回路机制

瘙痒感是人类和动物感知外界威胁的一种重要方式，对维持机体的生存和健康起着重要作用。然而，慢性瘙痒会导致严重的皮肤损伤、抑郁、睡眠障碍等。瘙痒感的神经机制一直是神经科学研究中的一大谜团。

中国科学院神经科学研究所孙延刚的研究团队从脊髓水平的瘙痒感觉特异性胃泌素释放肽受体(GRPR)阳性神经元入手，证明了瘙痒感觉信息传递的核心神经回路，进一步证实脑干臂旁核在慢性瘙痒的发生发展中起着关键作用。本研究系统阐明了瘙痒感觉信息传递的神经回路机制，为寻找慢性瘙痒的潜在治疗靶点提供了新的方向。

研究结果发表在《科学》杂志上(2017，357:69699)。

瘙痒信息传递的细胞和回路机制

中国学者首次建立瑞特综合征猴模型

瑞特综合征(RTT)是一种由MECP2单基因突变引起的神经发育疾病。精神发育迟滞、自主行为和生存能力差的患者需要家庭和社会的终身关怀。为了更好地研究该疾病的发病机制，进一步开发治疗药物和探索治疗方法，科学家们构建了一系列啮齿动物实验动物，如小鼠和大鼠。然而，这些啮齿动物模型难以模拟临床患者特征，并且不能进行相关研究。

昆明理工大学纪的研究团队利用TALEN靶向基因编辑技术，将食蟹猴的MECP2基因敲除，获得了一批瑞特综合征猴模型。它们显示出许多与瑞德综合征患者相似的临床表型，但在啮齿类实验动物中没有发现。本研究还首次从脑发育、眼球运动和转录组三个方面对瑞特综合征模型进行了评价，为瑞特综合征的发病机制和治疗研究奠定了基础。

该结果发表在《细胞》(Cell，2017，169(5):94955)杂志上。

瑞特综合征猴模型的构建、表型分析及意义示意图