《自然》（Nature）、《科学》（Science）和《细胞》（Cell），是当前国际上最顶尖的学术期刊。
2017年刚刚了过去一个多月，中国科学家已在这三份期刊发表了9篇研究性论文，势头强劲！
随着近年来科研经费的持续增加，中国基础科学研究进步明显，在国际顶尖学术期刊上中国科学家发表的高水平学术论文也越来越多，部分研究领域经常会有重大突破性进展。
《自然》（Nature）、《科学》（Science）和《细胞》（Cell）作为目前国际上最顶尖的学术期刊，每期发表文章数量都很少，发表文章基本也代表了相关领域的顶尖研究成果。尽管2017年刚刚了过去一个月左右，中国科学家已经发表9篇研究性论文，势头非常强劲。
2017年以来中国科学家发表的9篇NSC论文中，北京大学表现最为突出，作为第一完成单位发表2篇Science，此外，北京大学和清华大学还合作发表一篇Cell。其他高校和科研单位中，南京理工大学、，西北大学和中山大学各发表一篇Nature，。
从发表论文的通讯作者来看，不仅有两院院士、国家杰青获得者等大牛科学家，还包括了3位青年千人入选者，可见青年人才科研成果产出正在快速增加。而从研究领域来看，除了生命科学和医学学科外，还包括化工、信息科学等学科领域。本期我们就一起来看看中国科学家发表的这9篇顶尖论文。
2017年1月27日，北京大学生命科学学院、北京大学-清华大学生命科学联合中心研究员李晴研究组在DNA复制偶联的核小体组装的机制方面做出重要突破，该成果在线发表在国际权威学术期刊《科学》（Science）上（RPA binds histone H3-H4 and functions in DNA replication–coupled nucleosome assembly ）。
该工作发现单链DNA结合蛋白RPA通过结合组蛋白H3-H4，形成一个高效的平台递呈组蛋白到新合成子链起始核小体组装。这一发现揭示一条全新的DNA复制和核小体组装的偶联机制，大大促进染色质复制领域的发展。
北京大学2011级PTN博士生刘少锋、2014级生命科学学院博士生徐至韵和2014级前沿交叉学院博士生冷赫为本文的共同第一作者。生命科学学院李晴研究员为该论文的通讯作者。美国Weill Cornell Medical College和Houston Methodist Hospital的Kaifu Chen博士参与指导了这项研究的生物信息数据分析。该研究工作得到了国家自然科学基金委、国家青年千人计划、北京大学-清华大学生命科学联合中心、北京大学蛋白质与植物基因研究国家重点实验室等的经费支持。论文链接：
http://science.sciencemag.org/content/355/6323/415
北京大学彭练矛教授（左）和张志勇教授（右）
2017年1月20日，北京大学彭练矛-张志勇课题组在5nm碳纳米管CMOS器件重要研究成果在线发表在著名学术期刊《科学》（Science）上。
集成电路发展的基本方式在于，在晶体管尺寸缩减的前提下，研制性能更强大、集成度更高、功能更复杂的芯片。目前，主流CMOS（互补金属氧化物半导体）技术将达到10 nm（纳米）的技术节点，后续由于受到来自物理规律和制造成本的限制而很难继续提升，“摩尔定律”可能面临终结。20多年来，科学界和产业界一直在探索各种新材料和新原理的晶体管技术，以期替代硅基CMOS技术，然而迄今为止，尚未实现10 nm新型CMOS器件，也没有新型器件能够在性能上真正超越最好的硅基CMOS器件。
碳纳米管被认为是构建亚10 nm晶体管的理想材料，其原子量级的管径保证器件具有优异的栅极静电控制能力，更容易克服短沟道效应；超高的载流子迁移率则保证器件具有更高的性能和更低的功耗。理论研究表明，碳管器件相对于硅基器件来说，在速度和功耗方面具有5～10倍的优势，有望满足“后摩尔时代”集成电路的发展需求。可是，2014年国际商用机器公司（IBM）所实现的最小碳管CMOS器件仅停滞在20 nm栅长，性能也远远低于预期。
北京大学信息科学技术学院、，发展了一整套高性能碳管CMOS晶体管的无掺杂制备方法，通过控制电极功函数来控制晶体管的极性。
北京大学信息学院博士后邱晨光为第一作者，张志勇、彭练矛为共同通讯作者。研究成果不仅表明在10 nm以下的技术节点，碳纳米管CMOS器件较硅基CMOS器件具有明显优势，且有望达到由测不准原理和热力学定律所决定的二进制电子开关的性能极限，更展现出碳纳米管电子学的巨大潜力，为2020年之后的集成电路技术发展和选择提供了重要参考。论文链接：
http://science.sciencemag.org/content/355/6322/271
2017年1月12日，北京大学分子医学研究所、北京大学-清华大学生命科学联合中心研究员陈雷研究组与清华大学生命科学学院高宁研究组合作，在《细胞》杂志发表题为《胰岛细胞ATP敏感的钾离子通道u结构》（Structure of a Pancreatic ATP-sensitive Potassium Channel）的文章，解析了ATP敏感的钾离子通道（KATP）的中等分辨率（5.6Å）冷冻电镜结构，揭示了KATP组装模式，为进一步研究其工作机制提供了结构模型。
生物体进化出多种方式来感知细胞内能量状态，从而维持能量稳态。KATP通道可以在细胞内ATP水平升高时关闭，从而使钾离子无法外流，进而使膜的兴奋性增加。通过这种方式，它们将细胞内的代谢水平转化为电信号。这些离子通道广泛地分布于很多组织中，并且参与多种生命过程。在胰岛β细胞中，KATP可以间接地感受血糖浓度，控制胰岛素的释放：当血糖升高时，由于β细胞对血糖的主动摄取和代谢，细胞内ATP浓度升高，ATP直接结合在KATP上并抑制其活力，使钾离子无法外流，导致细胞膜的去极化，从而激活电压门控的钙离子通道，进而导致钙离子的内流。钙离子浓度的升高会引起胰岛素的释放，从而降低血糖浓度。KATP的突变会导致很多遗传性代谢疾病。例如，KATP的抑制剂可以用于治疗二型糖尿病，其激活剂可以用于治疗高胰岛素症。
陈雷和高宁为本文共同通讯作者，北京大学CLS项目博士后李宁宁（生命科学学院）和吴惊香（分子医学所）为本文的共同第一作者。该工作最终的冷冻电镜数据采集在国家蛋白质科学设施（北京）的清华大学冷冻电镜平台完成，数据处理在国家蛋白质科学设施（北京）清华大学高性能计算平台完成。部分的数据处理也得到了北京大学CLS计算平台的支持。此外，国家蛋白质科学设施（上海）和生物物理所冷冻电镜平台在前期的工作中给予一定支持。本工作获得国家自然科学基金委、科技部重点研发计划、北京大学-清华大学生命科学联合中心、青年千人计划、北京市结构生物学高精尖创新中心等的经费支持。论文链接如下：
http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(16)31744-5
2017年1月27日，南京理工大学化工学院胡炳成教授团队成功合成世界首个全氮阴离子盐，占领新一代超高能含能材料研究国际制高点。相关研究论文发表在国际顶级期刊Science上，这也是我国在Science上发表的含能材料领域第一篇研究论文。
新型超高能含能材料是国家核心军事能力和军事技术制高点的重要标志。全氮类物质具有高密度、超高能量及爆轰产物清洁无污染等优点，成为新一代超高能含能材料的典型代表。目前，该领域的研究热点之一是全氮阴离子的合成。由于制备全氮阴离子的前驱体芳基五唑稳定性较差，加上全氮阴离子自身不稳定，致使采用常规方法获取全氮阴离子非常困难。自1956年芳基五唑被首次合成以来，制备稳定存在的全氮阴离子及其盐的研究一直没有取得实质性进展。
南京理工大学化工学院胡炳成教授团队经过多年研究，解决了这一困扰国际含能材料研究领域达半个多世纪的世界性难题，在全氮阴离子的合成中取得了重大突破性进展。他们创造性采用间氯过氧苯甲酸和甘氨酸亚铁分别作为切断试剂和助剂，通过氧化断裂的方式首次制备成功室温下稳定全氮阴离子盐。热分析结果显示这种盐分解温度高达116.8 ℃，具有非常好的热稳定性。
全氮阴离子盐的成功制备，是全氮类物质研究领域的一个历史性突破，为全氮阴离子高能化合物的制备奠定了坚实基础，对于全氮类物质的合成应用以及全氮含能材料的发展具有重要的科学意义。论文链接：
http://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aah3840
2017年1月23日，中山大学华南肿瘤学国家重点实验室高嵩教授在Nature上发文提出Mfn1介导线粒体栓连的机制性模型。
线粒体是一个高度动态化的双层磷脂膜包裹的细胞器，需要不断地进行融合和分裂才能维持正常的生理功能。介导线粒体外膜融合的dynamin样的GTP酶首先在黑腹果蝇(fuzzy onions, Fzo)和酿酒酵母(Fzo1)中被鉴(Hales and Fuller, 1997; Hermann et al., 1998; Rapaportet al., 1998)。稍晚时候，两个同源蛋白Mfn1和Mfn2在哺乳动物中被报道(Santel and Fuller, 2001; Rojo et al., 2002)。在鼠中删除Mfn1和Mfn2的任意一个可引起胚胎致死和线粒体片段化。人体中Mfn2上的突变可导致一种经典的轴突末梢感觉运动神经病变——CMT2A (Charcot-Marie-Tooth type 2A )。
Mfn1和Mfn2具有相同的拓扑学结构，带有两个空间上紧密相连的跨膜区，N末端和C末端部分均朝向细胞溶质。N端部分含有GTP酶结构域，后面紧跟着一个七肽重复膜序(HR1)，C端含有HR2。现在的线粒体外膜融合模型一般认为位于线粒体表面的Mfn发生顺式二聚化(cis-dimerization)，进而促使毗邻的线粒体外膜发生反式栓连(trans-association)。Mfn栓连线粒体外膜的见解最先来自于Mfn1 C末端HR2的晶体结构。结构显示这一区域与另一个HR2二聚化形成一个反平行的两股螺旋(coiled coil)。所以，HR2对于膜融合之前的线粒体栓连是必需的。尽管如此，Mfn介导外膜融合的具体机制仍然不是很清楚，只是知道融合过程依赖于Mfn GTP酶结构域对GTP酶的水解过程。其中，最根本的原因还是缺少Mfn的高分辨率三维结构。
中山大学高嵩教授带领的研究团队精心设计了一个用于结构解析的Mfn1，含有GTP酶(G)结构域和HR1的前半部分和HR2的后半部分。在此基础上，该研究团队成功解析了处于不同GTP酶水解阶段的Mfn1的晶体结构。结构由GTP酶结构域和一个四股螺旋束组成(称为HD1)。因而，整体上Mfn1具有典型的动力蛋白(dymamin)超家族成员拓扑结构。除了G结构域之外，HD1尤其与被认为介导细菌膜融合的细菌动力蛋白样蛋白BDNP(bacterial dynamin-like protein)的颈部一致。通过分析，Mfn1结构中缺少的截短部分很可能折叠成类似于BDNL对应部分的螺旋结构，因而将此部分称为HD2。
与处于其它状态的结构不同，在过渡态类似物GDP•AlF4-存在的情况下，Mfn1是一个二聚化的结构。这一些列结构揭示了Mfn1催化机制的独特的特色和在过渡态下GTP的结合是如何有道构像的变化进而促进了G结构域的二聚化。基于结构的突变分析揭示了扰乱了G结构域二聚化的扰乱废除了Mfn1的融合活性。而且，研究发现Mfn1中的一个保守的天冬氨酸trigger(Asp189)很可能是通过依赖于GTP-load的结构域重排机制来影响线粒体的延长。高教授研究团队据此提出了Mfn1介导线粒体栓连的机制性模型，进而为线粒体外膜融合机制的分子基础提供了新的见解。论文链接：
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature21077.html#affil-auth
2017年1月12日，Cell 。标题为“Two Distant Catalytic Sites Are Responsible for C2c2 RNase Activities”。该研究解析了Leptotrichia shahii（Lsh）细菌中C2c2与crRNA (CRISPR-RNA) 的二元复合物以及C2c2在自由状态下的晶体结构，揭示了LshC2c2通过两个独立的活性结构域来发挥其两种不同的RNA酶切活性，这为研究C2c2发挥RNA酶活性的分子机制提供了重要的结构生物学基础。
CRISPR/Cas系统是古菌和细菌的抵抗病毒和质粒侵染的重要免疫防御系统。CRISPR-Cas系统划分为两大类，第一大类CRISPR-Cas系统由多亚基组成的效应复合物发挥功能；第二大类是由单个效应蛋白（如Cas9, Cpf1, C2c1等）来发挥功能。其中，Cas9, Cpf1, C2c1均具有RNA介导的DNA核酸内切酶活性。目前，Cas9和Cpf1蛋白作为基因组编辑工具被广泛应用，克服了传统基因编辑技术步骤繁琐、耗时长、效率低等缺点，以其较少的成分、便捷的操作以及较高的效率满足了大多数领域的基因编辑需求，并有着潜在且巨大的临床应用价值。
2015年，一种全新的第二类CRISPR-Cas系统-Ⅵ型系统被发现，该系统中的效应蛋白被命名为C2c2。而后的研究进一步发现，Ⅵ型CRISPR-Cas系统是一种新型靶向RNA的CRISPR系统，而C2c2是一种以RNA为导向靶向和降解RNA的核酸内切酶，有望被开发作为RNA研究的工具，扩展CRISPR系统在基因编辑方面的运用。
王艳丽课题组通过深入的研究，解析了C2c2与crRNA的二元复合物的晶体结构以及C2c2蛋白的晶体结构，揭示了C2c2包含一个crRNA识别的叶片即REC叶片，和一个核酸酶叶片即NUC叶片。REC叶片包含NTD结构域（N-terminal domain）和Helical-1结构域，NUC叶片包含了两个HEPN结构域、Helical-2结构域以及连接两个HEPN结构域的连接结构域。负责切割前体crRNA和靶标 RNA的活性口袋分别位于Helical-1和HEPN结构域上。crRNA的结合会引起C2c2蛋白的构象变化，这种变化很可能会稳定crRNA的结合，进而对识别靶标RNA起着重要作用。该研究通过结构和生化研究揭示了C2c2剪切pre-crRNA以及切割靶标 RNA的分子机制，对认识细菌抵抗RNA病毒入侵的分子基础具有十分重要的意义。同时也为改造CRISPR-C2c2系统，为其在基因编辑领域的运用提供了强有力的结构基础，有助于加速对病毒感染引发的疾病的理解、治疗和预防。
中国科学院生物物理所王艳丽研究员为本文的通讯作者。王艳丽课题组的刘亮（博士后）为本文的第一作者，该研究得到科技部、国家自然科学基金以及中国科学院战略性先导科技专项（B类）的资助，上海同步辐射光源（SSRF）以及日本同步辐射光源SPring-8为该研究提供了重要的技术支持。论文链接：
http://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(16)31747-0
稻瘟病是水稻最重要的病害之一，对水稻的生产威胁极大，严重的情形下可致水稻大面积减产甚至颗粒无收，所以通常在审定水稻新品种时除了高产优质之外，抗稻瘟病能力鉴定通常是不可或缺的关键环节。目前市场上的水稻品种通常是一些高产量、口感好但是易感稻瘟病的品种，推广上稍有不慎有可能导致农民损失掺重，这类事件媒体多有报道，那么培育一种既能抗击稻瘟病同时又不影响水稻产量和品质的品种显得非常重要。
2017年2月2日， regulation of antagonistic receptors confers rice blast resistance with yield balance”的研究论文，该研究成功克隆了持久广谱抗稻瘟病基因Pigm，并揭示了水稻广谱抗病与产量平衡的表观调控新机制。通过运用传统杂交手段将这一关键抗病基因整合到其它水稻品种中能够获得同时兼具高抗稻瘟病、高产优质的新品种，据悉该水稻新品种目前正在参加国家水稻品种审定，因此该研究不仅在理论上扩展了植物免疫与抗病性机制的认识，也为作物抗病育种提供了有效的新工具。论文链接：
http://science.sciencemag.org/content/early/2017/02/01/science.aai8898
除了以上提到的7篇顶尖论文外，青塔之前还报道了西北大学早期生命研究团队在Nature上发表的重要研究成果以及南京农业大学王源超教授团队在Science的成果。
伦敦时间2017年1月30日16时在线提前出版的英国《自然》杂志（Nature），以封面亮点文章的形式，发表了西北大学早期生命研究团队和剑桥大学、中国地质大学（北京）等单位合作研究的重要成果——《陕西寒武纪最早期的微型后口动物》。
西北大学地质学系韩健研究员等在陕西南部宽川铺生物群中微型动物化石的研究中，发现了最古老的原始后口动物——冠状皱囊动物。这种成体仅1毫米的微型动物，被认为代表着显生宙最早期的微型人类远祖至亲。
【冠状皱囊动物腹面和侧面】
这一发现，将对人类早期祖先的认知，由距今5.2亿年前推至5.35亿年前（十分接近显生宙起点），其体积则也由“厘米级”推至“毫米级”。论文链接：
http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/abs/nature21072.html
北京时间2017年1月13日凌晨2点，科学杂志Science以研究长文Research Article在线发表了南京农业大学王源超教授团队关于作物疫病发生机制的突破性成果，该成果揭示了病原菌攻击宿主的全新致病机制“诱饵模式”（DECOY），为改良作物的持久抗病性提供了重要的新方向。
该团队在稍早的研究中，还发现植物能够利用细胞膜上的受体识别XEG1，启动基础水平的抗性，但是病原菌又可以分泌效应子到寄主胞内干扰其抗性（Plant Cell,2015）。由于糖基水解酶XEG1在卵菌、真菌和细菌中广泛存在，因此这一发现为开发能诱导植物广谱抗病性的生物农药提供了重要的理论基础。论文链接：
http://science.sciencemag.org/content/early/2017/01/11/science.aai7919
来源：青塔（ID：cingta-com）