人類原始生殖細(xì)胞發(fā)育過程中基因表達網(wǎng)絡(luò)的表觀遺傳學(xué)調(diào)控
生殖細(xì)胞（精子和卵子）是人類維持生命延續(xù)、代代相傳的種子和紐帶。一個精子與一個卵子結(jié)合，發(fā)育為新的個體。那么，這個新生命是如何為他的下一代進行準(zhǔn)備呢？其實早在母體里，胎兒除了要完成自身的體格發(fā)育，已經(jīng)開始為他自己的后代做好計劃，形成原始生殖細(xì)胞（PGC）并進行性腺發(fā)育。這類特殊的細(xì)胞與其他細(xì)胞有何不同？經(jīng)歷哪些重要的事件？除了遺傳序列本身外，祖父輩及父母還把哪些表觀遺傳記憶留在了PGC細(xì)胞中？人類對上述問題還缺乏深刻認(rèn)識。
北京大學(xué)喬杰與湯富酬兩個研究團隊，克服重重技術(shù)難關(guān)，揭開了人類PGC神秘面紗的一角。該研究顯示，處于發(fā)育早期的人類PGC表達眾多的多能性相關(guān)的基因，同時表達生殖細(xì)胞發(fā)育特異的基因，并且新報告一個人類特異的基因SOX15。他們還發(fā)現(xiàn)人類PGC在發(fā)育過程中會經(jīng)歷大規(guī)模的表觀遺傳記憶擦除，最低時僅有7%左右保留，但一些特殊的重復(fù)序列元件上仍然殘留大量甲基化，這為人類隔代遺傳現(xiàn)象的表觀遺傳學(xué)分析提供了重要線索。
研究成果引起國內(nèi)外專家極大關(guān)注，并撰文發(fā)表述評，認(rèn)為該項研究有助于加深對人類胚胎發(fā)育過程表觀遺傳學(xué)調(diào)控的認(rèn)識，對研究胚胎發(fā)育基因重編程、疾病的遺傳或隔代遺傳等具有重要意義。
發(fā)現(xiàn)宇宙早期發(fā)光最亮、中心黑洞質(zhì)量最大的天體
利用中國科學(xué)院云南天文臺麗江2.4米望遠(yuǎn)鏡首先觀測和國外4臺望遠(yuǎn)鏡進行后續(xù)觀測，北京大學(xué)吳學(xué)兵領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊發(fā)現(xiàn)了一個距離地球128億光年、發(fā)光強度是太陽的430萬億倍、中心黑洞質(zhì)量為120億倍太陽質(zhì)量的超亮天體，它是宇宙早期目前已知的發(fā)光最亮、中心黑洞質(zhì)量最大的天體。研究論文作為4篇封面推薦論文之一，發(fā)表在2015年2月26日的國際科學(xué)期刊《自然》上。該雜志特為此作了題為“井噴式快速成長的年輕黑洞”的新聞發(fā)布，并邀請德國學(xué)者在同期的新聞與述評欄目撰寫專文《年輕宇宙里的巨獸》介紹了這一發(fā)現(xiàn)。國內(nèi)外數(shù)百家新聞媒體，包括美國有線電視新聞網(wǎng)、時代周刊、華盛頓郵報、洛杉磯時報，英國路透社、衛(wèi)報，德國明鏡周刊，中國中央電視臺、新華社、人民日報、光明日報等，都對此發(fā)現(xiàn)進行了報道。
近年來，吳學(xué)兵團隊發(fā)展了基于光學(xué)與紅外波段天文測光數(shù)據(jù)的有效選源方法，利用光譜觀測發(fā)現(xiàn)了許多宇宙早期的極亮天體，包括這一個發(fā)光最亮、中心黑洞質(zhì)量最大的天體。它就像遙遠(yuǎn)夜空中最明亮的燈塔，為研究宇宙早期結(jié)構(gòu)提供了難得的機遇。其中心高達120億倍太陽質(zhì)量黑洞的存在，對現(xiàn)有的宇宙早期黑洞形成與增長及星系演化理論提出了挑戰(zhàn)，引起了國際上廣泛關(guān)注。
空間基地生物再生生命保障系統(tǒng)地基綜合實驗裝置——月宮一號
生物再生生命保障系統(tǒng)是載人深空探測的十大關(guān)鍵技術(shù)之一。北京航空航天大學(xué)生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院教授劉紅，帶領(lǐng)科研團隊經(jīng)過10年努力，突破了系統(tǒng)核心單元技術(shù)、系統(tǒng)構(gòu)建、啟動、運行與調(diào)控等系列關(guān)鍵技術(shù)，從無到有建立了我國空間生物再生生命保障技術(shù)體系，自主研制出我國第一個、世界第三個空間基地生物再生生命保障系統(tǒng)地基綜合實驗裝置“月宮一號”。為空間生命保障及其相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)技術(shù)研究建立了獨特的實驗平臺，填補了國內(nèi)空白。成功完成了我國首次長期多人高閉合度密閉實驗，在“月宮一號”的人工閉合生態(tài)系統(tǒng)中實現(xiàn)了105天循環(huán)再生100%氧氣和水、55%食物，總閉合度達到了97%。標(biāo)志著我國成為繼俄、美之后，第三個掌握該項技術(shù)的國家。
劉紅團隊提出了一系列原創(chuàng)性的新思路、方法和新技術(shù)，并將其集成于“月宮一號”系統(tǒng)中，與俄、美的同類系統(tǒng)相比，“月宮一號”生物構(gòu)成更復(fù)雜，系統(tǒng)的閉合度更高。該成果技術(shù)復(fù)雜、難度大，具有自主知識產(chǎn)權(quán)，技術(shù)先進，創(chuàng)新性顯著，在空間生物再生生命保障系統(tǒng)領(lǐng)域綜合技術(shù)水平進入世界領(lǐng)先行列。成果將為今后空間站作業(yè)、載人月球和火星探測等深空探測所需的生命保障提供理論和基礎(chǔ)技術(shù)。
炎癥消退和免疫穩(wěn)態(tài)調(diào)控的新機制研究
機體免疫系統(tǒng)能夠通過“發(fā)炎”的方式抗御感染，但有時“發(fā)炎”過度會損傷自身機體而導(dǎo)致諸多炎癥性疾病。如何及時終止炎癥免疫反應(yīng)，是免疫學(xué)領(lǐng)域備受關(guān)注的重要科學(xué)問題。北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院曹雪濤院士課題組發(fā)現(xiàn)，在炎癥免疫活化的晚期，即炎癥消退期，表觀遺傳酶Tet2能反饋性抑制炎癥因子的分泌。他們在急性內(nèi)毒素休克與結(jié)腸炎模型中證實，Tet2可結(jié)合表觀抑制性調(diào)控分子HDAC2，選擇性地直接結(jié)合炎癥因子的基因啟動子從而阻止其表達。該研究揭示了表觀修飾介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是炎癥消退期炎性細(xì)胞因子表達關(guān)閉的一個決定性因素，從而修正了以往廣泛認(rèn)為的炎癥信號轉(zhuǎn)導(dǎo)負(fù)調(diào)控分子起決定性作用的學(xué)術(shù)觀點，為炎癥消退、抑制炎癥持續(xù)反應(yīng)、阻止自身免疫病等提出了新機制，為免疫學(xué)與表觀遺傳學(xué)交叉研究提出了新方向。此外，該課題組還進一步發(fā)現(xiàn)E3泛素連接酶Nrdp1能夠通過抑制T細(xì)胞過度和持續(xù)活化而及時阻滯炎癥相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展。
以上研究結(jié)果分別發(fā)表在《Nature》和《Nature Immunology》上。課題組成員多次應(yīng)邀在國際學(xué)術(shù)會議上作相關(guān)工作的大會報告，得到了國際免疫學(xué)界的高度評價。
1.1類原創(chuàng)新藥——口服重組幽門螺桿菌疫苗
幽門螺桿菌（Hp）是慢性胃炎、胃及十二指腸潰瘍的主要致病菌，世界衛(wèi)生組織將其確定為胃癌的1級危險因子，我國胃病患者超過1億，每年因胃癌死亡者達20萬人，因此，Hp危害十分嚴(yán)重。Hp疫苗是控制其感染傳播、預(yù)防相關(guān)胃腸疾病發(fā)生的有效手段，但國外迄今未能成功研制。
第三軍醫(yī)大學(xué)鄒全明教授團隊歷時15年，完成了Hp疫苗5000余人參加的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ期臨床試驗，結(jié)果表明：安全、有效，保護率達71.8%；成功研發(fā)了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的世界首個Hp疫苗，獲國家1.1類新藥證書。
該團隊發(fā)明了“Hp分子內(nèi)佐劑黏膜疫苗”設(shè)計原理和安全高效的首個人用分子內(nèi)黏膜免疫佐劑；設(shè)計與制造出全新的Hp疫苗組份；創(chuàng)立了黏膜疫苗制備及效力評價系列技術(shù)；研究出國際上首個Hp疫苗生產(chǎn)與檢定質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。
該研究結(jié)果于2015年發(fā)表在國際頂級醫(yī)學(xué)期刊《The Lancet》上，并獲得同期專題正面評述，引起國際同行廣泛關(guān)注和高度評價。中央電視臺、《科技日報》等國內(nèi)主流媒體和網(wǎng)站相繼進行了重點報道。該疫苗獲國家技術(shù)發(fā)明二等獎和重慶市技術(shù)發(fā)明一等獎，擁有4項國際發(fā)明專利和12項國家發(fā)明專利授權(quán)，已成功轉(zhuǎn)讓企業(yè)，獲成果轉(zhuǎn)讓費2.25億元。企業(yè)已完成Hp疫苗產(chǎn)業(yè)化設(shè)施建設(shè)和試生產(chǎn)，正在報批生產(chǎn)批件，即將上市造福人類健康。
“神光III”激光裝置中的靶場光電及控制系統(tǒng)
太陽的巨大能量來源于“聚變反應(yīng)”，而聚變能源則被譽為“人造太陽”，一旦實現(xiàn)將從根本上解決人類能源問題。上世紀(jì)90年代開始啟動的“神光Ⅲ”大型激光裝置研究，是我國聚變能源領(lǐng)域宏偉的大科學(xué)工程，是我國綜合國力不斷上升的體現(xiàn)，對相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展具有極強的帶動作用。該裝置目前已建成并投入運行，可輸出48束激光，總輸出能量為18萬焦耳，峰值功率高達60萬億瓦。其總體規(guī)模與性能位列亞洲第一、世界第二，達到國際先進水平。作為我國自主研發(fā)、全球第二臺已用于實驗運行的新一代高功率激光驅(qū)動器，它將“種子”光源能量盡可能放大，使得高功率激光瞬間聚集，最后穿過以微米計算的注入孔射向靶球中心的物質(zhì)。
哈爾濱工業(yè)大學(xué)梁迎春、趙航、劉國棟教授率領(lǐng)的研究團隊在中國工程物理研究院牽引下，對“神光Ⅲ”大型激光裝置靶場光電及控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)潛心研究10余年，攻克了系統(tǒng)設(shè)計、安裝與集成調(diào)試等階段的若干重要難題，實現(xiàn)了打靶精度要求優(yōu)于30微米、準(zhǔn)備時間少于30分鐘的設(shè)計要求，在國內(nèi)首次實現(xiàn)多靶型、智能化、甚多束激光高精度控制與瞄準(zhǔn)定位。其打靶精度要求之高，如同將高爾夫球從北京天安門打到石家莊市中心的球洞里，且“一桿進洞”。該研究成果為下一步我國超多光束激光裝置的研制奠定了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
農(nóng)業(yè)革新促使史前人類永久定居青藏高原
青藏高原是世界上海拔最高、面積最大的高原，其高寒缺氧的嚴(yán)酷環(huán)境對人類生存構(gòu)成巨大挑戰(zhàn)，但藏族人主要生活在青藏高原高海拔地區(qū)。在沒有文字記錄的史前時代，人類什么時間、通過什么方式常年居住在青藏高原高海拔地區(qū)，是學(xué)術(shù)界和公眾關(guān)注的重大科學(xué)問題，對認(rèn)識人類適應(yīng)高寒缺氧環(huán)境的機理和藏族起源問題具有非常重要的意義。
蘭州大學(xué)陳發(fā)虎教授領(lǐng)導(dǎo)的中外研究團隊，過去10年對青藏高原和周邊地區(qū)的史前遺址開展了系統(tǒng)調(diào)查和研究。首次提出史前人類向青藏高原擴散的三步走模式，指出人類2萬年前開始到青藏高原季節(jié)性游獵，5200年前由我國黃土高原大規(guī)模擴散并定居到青藏高原東北的河谷地帶，3600年前在氣候冷干背景下進一步永久定居至高海拔地區(qū)。揭示史前歐亞大陸農(nóng)業(yè)發(fā)展與傳播是促使人類向青藏高原高海拔地區(qū)擴張和定居的最主要因素。
該項研究為認(rèn)識史前人類向青藏高原擴散和定居的過程與機制提供了全新觀點，為闡明藏族人起源于中國黃河流域提供了堅實的科學(xué)依據(jù)。研究成果發(fā)表在2015年1月的Science雜志上，引起廣泛關(guān)注，被紐約時報、人民日報等數(shù)十家國內(nèi)外著名媒體報道。Science雜志隨后以封面文章形式發(fā)表了題為《誰是藏族人?》的深度報道，認(rèn)為該研究支持藏族人群源于中國北方的理論。
酵母剪接體高分辨率三維結(jié)構(gòu)及其工作機理研究
“中心法則”是分子生物學(xué)中的關(guān)鍵定理，描述了細(xì)胞最核心的生命活動——遺傳信息的流動。在真核細(xì)胞中，蘊藏在基因組DNA序列中的遺傳信息轉(zhuǎn)錄給前體信使RNA，在其剪接成熟之后再翻譯為蛋白質(zhì)，最終執(zhí)行生物學(xué)功能。上述環(huán)節(jié)分別由RNA聚合酶、剪接體和核糖體執(zhí)行。其中，RNA聚合酶和核糖體的結(jié)構(gòu)解析曾分別獲得2006年和2009年的諾貝爾化學(xué)獎。剪接體是一個巨大而又復(fù)雜的動態(tài)分子機器，其結(jié)構(gòu)的解析具有重大科學(xué)意義，是國際結(jié)構(gòu)生物學(xué)界公認(rèn)的難題之一。
施一公研究組選擇極具挑戰(zhàn)性的剪接體作為研究目標(biāo)，創(chuàng)新性地利用酵母細(xì)胞內(nèi)源性蛋白提取獲得了性質(zhì)良好的樣品，并利用前沿的單顆粒冷凍電子顯微鏡技術(shù)，首次解析了酵母剪接體近原子水平的高分辨率三維結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上進行了詳細(xì)分析，闡述了剪接體對前體信使RNA執(zhí)行剪接的工作機理。
這一標(biāo)志性成果被著名的《科學(xué)》雜志收錄，2015年9月11日以兩篇“背靠背”形式的長文正式發(fā)表，題目分別為《3.6埃的酵母剪接體結(jié)構(gòu)》和《前體信使RNA剪接的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)》。該項目的完成，首次在近原子分辨率上看到了剪接體的細(xì)節(jié)，揭示了其工作基礎(chǔ)，完善了分子生物學(xué)的中心法則，推動了中國生命科學(xué)領(lǐng)域的快速發(fā)展。
納米尺度量子精密測量
中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)杜江峰教授領(lǐng)銜的研究團隊，將量子技術(shù)與精密測量科學(xué)相結(jié)合，在納米尺度量子精密測量領(lǐng)域取得重大進展，率先實現(xiàn)了具備納米分辨率和單分子靈敏度的磁共振探測技術(shù)，研究成果分別發(fā)表在2015年3月6日《科學(xué)》和3月23日《自然·通訊》雜志。
磁共振技術(shù)能夠準(zhǔn)確、快速和無破壞地獲取物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)信息，被廣泛應(yīng)用于基礎(chǔ)研究和醫(yī)學(xué)等各大領(lǐng)域。然而當(dāng)前通用的磁共振譜儀受制于探測方式，其研究對象通常為數(shù)十億個分子，成像分辨率僅為毫米量級，無法觀測到單個分子的獨特信息。中國科大研究團隊瞄準(zhǔn)現(xiàn)代科學(xué)在單分子層面上對物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和動力學(xué)性質(zhì)進行探索的迫切需求，通過系列創(chuàng)新解決了通往單分子磁共振的若干關(guān)鍵問題。他們利用鉆石中的一類點缺陷作為量子探針，采用新穎的自旋量子干涉儀探測原理，結(jié)合自主發(fā)展的量子操控技術(shù)和實驗裝置，成功將磁共振技術(shù)的分辨率從毫米推進到了納米、靈敏度從數(shù)十億分子推進到單個分子，并用其完成了國際上首次獲取單個蛋白質(zhì)分子的順磁共振譜及其動力學(xué)性質(zhì)、微觀尺度上微波磁場矢量的重構(gòu)等多項重要研究成果。
這標(biāo)志著在納米尺度上進行磁共振探測、無損地獲取單個分子的空間定位、結(jié)構(gòu)和構(gòu)象變化信息成為現(xiàn)實，將在物理、化學(xué)及生命科學(xué)等多個領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用前景。
鎳、鉬、鎢資源高效利用
鎳、鉬、鎢等都是重要的稀有金屬資源，是我國重大戰(zhàn)略工程、國民經(jīng)濟諸多領(lǐng)域的關(guān)鍵原料。近幾年，我國鎳進口均超過50%。我國新型礦種黑色巖系鎳鉬礦資源量大，僅湖南西部鎳、鉬資源量就分別達到300萬噸和200萬噸，但極難處理，被認(rèn)為“不可選”。我國儲量豐富的鎢礦，資源優(yōu)勢也在逐步失去，而且，采用傳統(tǒng)的粗精礦加溫浮選工藝，其綜合利用率低、成本高，造成礦山環(huán)境污染。
該項成果提出了通過強靜電、氫鍵或化學(xué)鍵作用于礦物表面不同位點的浮選劑分子組裝設(shè)計原理，設(shè)計開發(fā)了對不同礦物有選擇性作用的雙極性基高效浮選劑和組合物捕收劑。提出了浮選劑與礦物表面作用最佳溶液化學(xué)條件調(diào)控的方法。提出了強化微細(xì)顆粒與氣泡碰撞效率及礦化作用的方法。
該項成果開發(fā)出鎢礦常溫浮選新工藝，柿竹園礦提高了鎢和螢石回收率約10%。而且，既可以徹底取代已使用近百年的“彼得羅夫法”白鎢加溫精選工藝，又可在原工藝基礎(chǔ)上，在精礦加溫量減少80%的情況下，獲得高品質(zhì)鎢精礦，新技術(shù)還有利于廢水回用。開發(fā)出了黑色巖系鎳鉬礦浮選新技術(shù)，建立了該礦種發(fā)現(xiàn)近60年來，世界上第一個鎳鉬礦浮選廠，為經(jīng)濟利用黑色巖系鎳鉬礦資源提供了技術(shù)支撐。
該項成果對其他復(fù)雜有色金屬礦的高效清潔利用具有重要示范作用。
