光明網(wǎng)訊（記者 趙清建）1月10日，中國科協(xié)生命科學(xué)學(xué)會聯(lián)合體公布2021年度“中國生命科學(xué)十大進(jìn)展”評選結(jié)果，共有8個知識創(chuàng)新類和2個技術(shù)創(chuàng)新類項(xiàng)目成果入選。

據(jù)介紹，本年度“中國生命科學(xué)十大進(jìn)展”的評選，聯(lián)合體成員學(xué)會推薦項(xiàng)目量較往年大幅增加，競爭激烈，評選日臻完善，社會影響力持續(xù)擴(kuò)大。更為顯著的是，本次入選項(xiàng)目具有原創(chuàng)性突出、社會意義重大的特點(diǎn)。其中，知識創(chuàng)新類項(xiàng)目“從二氧化碳到淀粉的人工合成”，在國際上首次實(shí)現(xiàn)了二氧化碳到淀粉的人工全合成，將在下一代生物制造和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中帶來變革性影響。知識創(chuàng)新類項(xiàng)目“新型冠狀病毒逃逸宿主天然免疫和抗病毒藥物的機(jī)制研究”和“冠狀病毒的跨種識別和分子機(jī)制”對當(dāng)今國際社會復(fù)雜的抗疫形勢有重大意義。技術(shù)創(chuàng)新類項(xiàng)目“干涉單分子定位顯微鏡”為開辟新的交叉學(xué)科研究領(lǐng)域奠定基礎(chǔ)。

中國科協(xié)生命科學(xué)學(xué)會聯(lián)合體自2015年起開展年度“中國生命科學(xué)十大進(jìn)展”評選工作，旨在推動生命科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新，充分展示和宣傳我國生命科學(xué)領(lǐng)域的重大科技成果。目前評選活動已連續(xù)開展7個年度。每年公布評選結(jié)果后，邀請入選項(xiàng)目專家編寫和出版科普書籍，并舉辦交流會暨面向青少年的科普報(bào)告會，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)的社會影響力。

2021年度“中國生命科學(xué)十大進(jìn)展”評選結(jié)果（排名不分先后，中國科協(xié)生命科學(xué)學(xué)會聯(lián)合體供圖）：

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)雜生化過程，在國際上首次實(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，為淀粉的車間制造打開了一扇窗，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)中帶來變革性影響。該成果發(fā)表在《科學(xué)》（Science，2021，373(6562):1523-1527）。

脊椎動物從水生到陸生演化的遺傳創(chuàng)新機(jī)制。4億多年前脊椎動物從水生到陸生是包括人類在內(nèi)的陸生脊椎動物演化史上的重大事件，但長期以來對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物所張國捷等團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)硬骨魚祖先已進(jìn)化出了陸生適應(yīng)性相關(guān)的初步遺傳基礎(chǔ)，在肺魚代表的肉鰭魚內(nèi)得到進(jìn)一步加強(qiáng)，到四足動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)生魚類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)問題的挑戰(zhàn)，美國科學(xué)院院士、國際著名脊椎動物登陸研究專家Neil Shubin撰文指出該成果為理解脊椎動物水生到陸生的研究“提供了關(guān)鍵認(rèn)知和長久期待的數(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）。

脊椎動物水生到陸生演化過程的主要遺傳創(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)制的全過程，在各突變株中高度保守，是開發(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年來懸而未決的問題，并且該分子在各突變株中高度保守，在人體中沒有同源物，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，他們還首次發(fā)現(xiàn)病毒以“反式回溯”的方式對錯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)錄起始超級復(fù)合物組裝機(jī)制。轉(zhuǎn)錄起始超級復(fù)合物是中心法則中轉(zhuǎn)錄步驟的核心，對理解基因表達(dá)調(diào)控和相關(guān)生理病理過程具有重要意義，一直是國際生命科學(xué)研究的核心和前沿問題。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)器識別不同類型啟動子并完成組裝的全過程，揭示了轉(zhuǎn)錄為何發(fā)生在幾乎所有基因的啟動子上，顛覆了關(guān)于啟動子識別和轉(zhuǎn)錄起始復(fù)合物組裝的傳統(tǒng)認(rèn)識，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)合物識別啟動子（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、長時間口服細(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，同時提高機(jī)體耐受性。馬駿教授通過牽頭一項(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，建立了鼻咽癌國際領(lǐng)先、高效低毒且簡單易行的治療新標(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從頭馴化。當(dāng)前的栽培稻是從祖先二倍體野生稻經(jīng)過數(shù)千年的人工馴化而來，同時伴隨著遺傳多樣性的降低與優(yōu)異基因的丟失。中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所李家洋團(tuán)隊(duì)首次提出異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，對應(yīng)對未來糧食危機(jī)提供了新的可行路徑，開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、莖稈粗度、生育期等不同類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從頭馴化策略高度可行。未來四倍體水稻新作物的成功培育將有望對世界糧食生產(chǎn)帶來顛覆性的革命。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從頭馴化路徑模式圖

冠狀病毒的跨種識別和分子機(jī)制。近20年，人類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源于動物，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“時間”上前移。中國科學(xué)院微生物研究所高福院士團(tuán)隊(duì)建立了高效評估冠狀病毒跨種識別能力的方法，利用這些方法對蝙蝠源性冠狀病毒 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)行評估，并闡明其跨種識別的分子機(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)對動物源性冠狀病毒進(jìn)行監(jiān)測，預(yù)防新的冠狀病毒引發(fā)疫情，同時為理解病毒進(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)》雜志 （EMBO J, 2021, 41(1):e109962）。

RaTG13、 GD/1/2019 和 GX/P2V/2017的跨種識別圖譜

揭開鳥類長距離遷徙之謎。鳥類遷徙是最受關(guān)注的自然奇觀之一。遷徙路線的形成過程、維持機(jī)制和在氣候變化下的未來趨勢，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)。中國科學(xué)院動物研究所詹祥江團(tuán)隊(duì)歷時12年，通過整合多年衛(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類遷徙路線形成、維持及未來變化趨勢中的驅(qū)動作用，發(fā)現(xiàn)一個和記憶能力相關(guān)的基因ADCY8在遷徙距離更長的游隼種群中受到正選擇，揭示了長時記憶可能是鳥類長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)胞的生理過程是由納米尺度的生物分子執(zhí)行的，因此對生命活動更深入的理解需要納米分辨率的成像技術(shù)。中國科學(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)步入納米分辨率時代，我國科學(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產(chǎn)權(quán)的新型超分辨成像設(shè)備處于國際領(lǐng)先地位。該成果發(fā)表于《自然-方法》雜志（Nature Methods，2021，18:369-373）。

干涉單分子定位顯微鏡解析細(xì)胞微管空心結(jié)構(gòu)

全腦單神經(jīng)元多樣性研究及信息學(xué)大數(shù)據(jù)平臺。單神經(jīng)元精度全腦圖譜，對理解大腦至關(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)平臺并應(yīng)用于全鼠腦研究，針對神經(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)亞類多樣性，對研究大腦細(xì)胞分型和功能、腦連接環(huán)路、全腦大規(guī)模模擬、類腦計(jì)算、基于生物腦的新型人工智能算法和系統(tǒng)等會持續(xù)產(chǎn)生重要作用。本成果實(shí)現(xiàn)了首個軟硬件結(jié)合的PB級超大規(guī)模腦大數(shù)據(jù)平臺和首個完整的單細(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)分析對神經(jīng)細(xì)胞類型鑒定至關(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）。

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