课题研究进展

资伟伟课题组JACS:基于双功能氢键膦配体的氧烯丙基钯反电子需求不对称(3+2)环加成氧烯丙基正离子（Oxyallyl cations）是一类同时含有带正电荷的烯丙基部分和带负电荷的氧原子活性中间体，文献报道其具有很强的亲电性。在已报道研究工作中，相关环化反应局限于富电子烯烃参与的(4+3)或(3+2)反应，同时也仅实现了呋喃化合物参与的不对称环加成反应，而在改变氧烯丙基正离子的反应性，使其具有亲核性，实现缺电子烯烃参与的不对称环加成反应仍没有得到解决（图1）。图1：氧烯丙基正离子及相关物种的环加成反应的背景介绍面对以上问题，资伟伟课题组设计了一类新颖的合成子亚甲基乙烯基亚乙基碳酸酯（VMCCs）,经钯催化脱羧产生氧烯丙基钯中间体A，其中乙烯基的引入可以稳定正离子,形成中间体B，增强其亲核性，达到调节氧烯丙基反应性的目的（图1e）。为了验证该极性反转思路的可行性，他们首先通过DFT计算考察了各种氧烯丙基正离子物种基于福井函数的简并双描述符的性质。他们发现取代基的确可以很大程度的改变氧烯丙基正离子的亲电/亲核属性，尤其是对于图1B中的物种B,他们发现通过引入金属钯后，氧烯丙基正离子的α-位碳由原来的高度亲电性变成了中等亲核性（图2）。图2：氧烯丙基正离子相关物种的双描述符等值面示意图在计算结果的支撑下，作者首先尝试了VMCCs 1a与硝基乙烯2a的反电子需求（3+2）环加成反应。虽然反应能够顺利的进行，然而尝试了许多常规手性配体均不能得到较满意的对映选择性。考虑到体系中包含氧负离子有可能可以通过氢键的形式引入手性诱导因素，作者因此设计了一类新型的双功能氢键膦配体(FeUrPhos)，利用氢键弱相互作用，来提高反应活性和控制立体选择性（图3）。图3：双功能氢键膦配体(FeUrPhos)的设计与合成最终，他们发现苯甘氨醇衍生的(S,Sp)-Ph-FeUrPhos这一优势配体，首次实现了氧烯丙基钯正离子与缺电子烯烃不对称（3+2）反应，以中等收率（up to 89% yield）和优异的立体选择性（up to 99% ee, >20:1 dr），构建了一系列含连续手性中心环戊酮化合物（图4）。图4：不对称（3+2）环加成反应相关成果发表于J. Am. Chem. Soc.。课题组博士生郑印（已毕业）为本文的第一作者。博士生秦天柱参与了大量的配体设计、合成和反应条件的筛选工作，为本文的第二作者。资伟伟课题组Angew：双金属协同催化的烷氧联烯与醛亚胺酯的立体多样性偶联β-氨基醇骨架存在于超过30万种化合物中，包括2000种天然产物，80种FDA批准的药物和100多个候选药物。β-氨基醇也可作为重要的砌块用于手性配体和辅基的合成。尽管该砌块常见的合成策略是由α-氨基酸衍生物的多步转化或烯烃的立体选择性羟胺化来实现的，但是通过Csp3-Csp3催化偶联反应来制备该砌块无论是在原子经济性上还是步骤经济性上都有无可比拟的优势。同时，目前文献报道的合成包含邻二手性中心β-氨基醇骨架，往往都只能选择性的合成其中syn型的或者anti型，因为syn-和anti-β-氨基醇在有机合成中都是重要的砌块，如何通过立体发散的策略获得β-氨基醇的所有立体异构体是有机合成方法学中的一个巨大挑战。资伟伟课题组长期致力于PdH相关的不对称偶联反应的研究，近期他们通过PdH与Cu催化以及PdH与Ag催化的相结合的双金属协同催化模式，实现了烷氧基联烯和醛亚胺酯的立体发散合成偶联反应。该体系可以用来高度立体选择性合成包含邻二手性中心的syn-或者anti-β-氨基醇（图1）。更进一步，通过双金属体系及手性配体的合理搭配，同一个β-氨基醇的四个异构体（R,R）,（R,S）,（S,R） （S,S）都可以以非常高的对映选择性、非对映选择性获得（图2）。图1：PdH/Cu和PdH/Ag双金属体系构建β-氨基醇图2：立体发散的合成β-氨基醇的四个立体异构体值得注意的是，当底物中包含一个固有的手性中心时该催化体系仍旧可以通过催化剂本身的手性诱导能力完全控制新生成的两个手性中心的构型。因此结合底物的原有手性和该体系的立体发散性偶联策略，可以用来制备包含三个手性中心的β-氨基醇的全部八个立体异构体（图3）。图3：立体发散的合成包含三个手性中心的β-氨基醇的八个立体异构体图4：天然产物mycestericins F和G最后，作者还利用该策略高效合成了两个β-氨基醇骨架的天然产物mycestericins F和G（图4）。该论文发表于Angew. Chem. Int. Ed （DOI：10.1002/anie.202014510），课题组博士生朱明辉和博士后张庆龙为本文的共同第一作者。资伟伟课题组JACS：钯催化的1,3-二烯与亚磺酸的区域及对映选择性氢砜化的反应手性砜存在于许多药物和某些具有生物活性的天然产物中。由于砜基与羰基具有电子等排性，同时砜基团可以与生物靶标形成强氢键的能力使其用于提高药效和功效，因此手性砜已广泛用于现代药物化学中。目前烯手性烯丙基砜的合成主要通过钯、铱催化的烯丙基取代反应制备，或者通过联烯、1,3-二烯与硫醇化合物的氢硫醚化及后续氧化来合成。如何通过原子、步骤经济性的偶联反应，同时避免使用有毒及恶臭的低价硫试剂来制备手性烯丙基砜化合物仍旧是一个挑战（图1）。图1：手性烯丙基砜的合成最近，资伟伟课题组报道了一种（R）-DTBM-Segphos / Pd催化的1,3-二烯与亚磺酸的区域选择性和对映选择性氢砜化的反应，该反应可实现原子经济和步骤经济性地合成1,3-二取代手性烯丙基砜化合物。该反应条件温和，并且具有广泛的底物适用性。图2: 钯催化的1,3-的氢砜化反应制备手性烯丙基砜结合实验和DTF计算研究表明，该反应并没有涉及到PdH物种参与的转化。而是通过配体到配体的氢转移（LLHT）引发，随后经历六元过渡态的C-S键还原消除来实现。计算中发现LLHT是该反应对映选择性的控制步骤，无论是 (Z,E)-还是 (E,E)-构型的1,3-二烯在LLHT步骤中形成目标产物（S）-3aa过渡态能量均低于形成（R）-3aa产物的过渡态能量。同时作者进一步分析过渡态的结构发现，底物的烯烃C-H与（R）-DTBM-Segphos的叔丁基之间的立体排斥是手性控制的关键因素（图3）。图3：DFT计算对立体选择性的解释该研究成果以全文的方式发表在J. Am. Chem. Soc.2020, 142, 15860-15869。课题组博士后张庆龙为本文的第一作者。

在课题设计中，研究现状这项内容很重要， 但往往不被重视，而且不容易写好。研究现状不同于文献综述。文献综述，是对文献的综合述评，其对象是文献。研究现状，则不仅根据已有的文献，还包括一些虽然没有形成文献，却正在进行的研究，现在的研究状态、研究进展，甚至研究困境等也都是研究现状。如果课题要求写文献综述，则不涉及非文献状态的正在进行的研究状态。因此，蓝译提醒大家，研究现状的写作要注意以下几个方面。一、全面占有材料。研究现状的写作，是以他人的研究材料为基础，要全面占有材料，审慎地选择材料。要选择那些有代表性、典型性、权威性的观点加以综述。在选择材料时，要防止选择性失明，即只选择那些对课题研究有利的材料，故意忽视或放弃那些于课题研究不利的材料。这样写出来的研究现状，是不全面、不客观的，也不利于问题的真正解决。二、建立分析框架。要建立合理的写作框架，分门别类的述评。框架的构建是建立在合理分类的基础之上的，不仅需要合理分类，还需要有内在的逻辑关系。比较好的做法是，根据研究的问题或领域来写研究现状，在此基础上对研究者的观点进行分类，在每一类中，把具有代表性的观点呈现出来。边呈现边评价或者集中呈现后集中评价，即汇评。三、恰当评价成果。写研究现状，不仅是把现状写清楚了就可以了，还需对研究现状做出恰当的评价。评价的原则是客观、公正、准确。对于已有的研究成果应该是批判地继承，可以中恳地指出已有研究成果的问题和不足，但注意不要走极端，为了突出自己的课题的重要性，把前人或别人的研究说得一无是处。在评价已有研究成果时，还要注意揭示这些研究成果与我们所要做的课题之间的关系。

未来网高校频道11月28日讯(记者 杨子健 通讯员 侯智）近日，美国电气和电子工程师协会主办的学术期刊 IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 发表了山西大学光电研究所、量子光学与光量子器件国家重点实验室王军民教授课题组在铯冷原子系综的单光子跃迁里德堡激发及其应用于静电场测量的实验研究方面所取得的研究进展。该课题组在铯冷原子系综中实现了单光子里德堡激发及其全光学探测，并将其应用于静电场测量中。论文题目为“Single-photon Rydberg excitation and trap-loss spectroscopy of cold cesium atoms in a magneto-optical trap by using of a 319-nm ultraviolet laser system”。里德堡原子是主量子数很高的激发态原子。里德堡原子具有一系列特殊的性质，如巨大的电极化率等，使得里德堡原子对静电场和微波电场极其敏感，这在传感、精密测量以及量子信息处理等方面具有重要意义。对于里德堡原子的探测，实验中大多采用场电离或光电离后进行离子探测的手段，但电离后被破坏的里德堡原子不能被重复使用。该课题组则采用纯光学探测的方法，结合该课题组基于光纤激光器和光纤放大器以及高效激光频率非线性转换技术独立研发的窄线宽319nm波长高功率紫外激光系统[ J. Opt. Soc. Am. B , Vol.33 (2016) p.2020; DOI:10.1364/JOSAB.33.002020]，在铯冷原子系综中实现了单光子里德堡激发。单光子里德堡激发可避免多光子里德堡激发过程中原子在中间态的布居以及AC斯塔克频移带来的退相干等问题。该课题组分析并模拟研究了铯原子里德堡态的斯塔克频移对静电场的依赖关系，利用高信噪比的里德堡原子斯塔克光谱对于冷原子系综位置处的静电场进行了测量，并提出了改善静电场测量灵敏度的方案。据了解，IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 论文的第一作者为该校光电研究所、量子光学与光量子器件国家重点实验室博士生白建东，通信作者为王军民教授，合作者包括硕士生刘硕、博士生王杰英和何军副教授。目前，该课题组正致力于结合铯原子紫外单光子里德堡激发和光学偶极阱中俘获的铯冷原子系综制备里德堡缀饰基态，以期充分发挥里德堡缀饰基态这一量子资源在电场精密测量方面的优势。这项工作得到国家自然科学基金项目、国家重点研发计划课题、量子光学与光量子器件国家重点实验室(山西大学)和省部共建极端光学协同创新中心(山西大学)的支持。

黔秀网（作者/王刚、段天凡）为了更好地开展州级课题《基于大数据环境下提高课堂效率的研究》的研究工作，1月11日，课题组在贵州省黔西南州兴义市红星路小学富康校区报告厅召开课题工作会议，会议由课题组负责人廖铀梅主持，课题组全体成员参加会议。课题《基于大数据环境下提高课堂效率的研究》主持人廖铀梅老师介绍课题开题以来，课题研究取得的进展。课题组以教师应用能力提升和课堂教学为主阵地，依托金州教育云平台和“金州教育云”教育信息化名师工作室开展的各项活动培训提升应用能力，学情分析系统的有效应用促进课题研究工作井然有序地开展。廖老师指出，课题研究还需继续推进，活动还需继续开展，团队成员必须进一步明确分工和任务，并细化了课题研究的要求，明确了研究的重点和下一阶段的研究任务。与会课题组成员明确表示，课题研究是大家的事情，只有相互的配合，努力克服自身困难才能更好完成后续研究的任务。最后，课题组就目前课题研究存在的问题进行了研讨、交流，并分享了各自在课题《基于大数据环境下提高课堂效率的研究》中应用于教学的经验，旨在让课题研究实现教学过程的优化，提高课堂效率。（作者/王刚、段天凡 摄）

6月中旬，国家级课题“基于大数据的个性化精准教学模式创新研究”实验学校子课题开题暨中期成果汇报会于江西南昌圆满落幕，会议由江西风向标教育主办。作为该课题的子课题《基于大数据的精准教学案例研究》的研究学校，柳州二中运行该项目已经历经半年的时间，根据课题的实施方案以及进程进行了中期成果汇报。柳州二中的粟丽妮老师作为课题代表，在中期成果汇报会上做出了成果汇报。粟老师对课题开题半年以来的研究进行了梳理，从选题、分工、研究过程、初步成果和下一步的研究计划、预期的成果等方面进行了详细的阐述，通过教师个体的思考和教师群体的合作、交流、互助，最终形成成果，并运用这一成果指导实践教学，成功将课题做“精”做“活”！粟老师说，经过这一段时间的课题实践，根据开题报告中的课题研究方向，课题组对于课题在达成方向上做出了相应统筹规划，做到以课程建设为动力、以课程改革为重点、以课题研究为手段、以教师发展为目的。而在教学目标上，结合学校的教学常规以及多次会议讨论，加之学校邀请的政府教学督导专家与风向标教育专家组为课型研究做点评和指导，为后阶段的研究明确了方向，最终将课题研究目标定为：1、借助数据分析的方法和手段，精准地找到学生学习的困难，准确把握学情，了解学生的个体差异，结合学校“三精教学”策略，立足学生数学核心素养的养成及个性化发展，为学生的课前、课中、课后的学习提供有效的服务，让课堂教学把握的更加精准有实效。2、探索基于数学学科“数据分析----诊断教学----实施改进”数据使用途径。形成基于问题改进的教研策划，改进学教方式。3、推进信息技术与教育教学的深度融合，研究并运用大数据分析平台促进精准教学模式创新，提高学生数学核心素养和课堂教学。在课题的主要内容方向上，课题组根据课题的研究方向、教学目标进行了调整，形成了“如何打造高效课堂的研究”、“精准打造并优化四种课型的研究”及“如何帮助学生个性化成长的研究”等三大方面为课题研究的主要研究内容。教育部教育管理信息中心教育信息化专委会主任罗志刚，课题负责人、江苏师范大学智慧教育学院院长杨现民，对相关课题的完成情况作了全面、深入的点评。杨院长首先肯定了柳州二中的课题研究成果，并称远远超过了自己的预期，并对接下来工作提出了意见，杨院长说：“既然是一个案例研究的课题，从教育研究方法上来说，是有一个规范的方法的，接下来就是去规范，去做深度的案例分析，同时，我也希望能够有论文成果能够见刊。”“此次课题研究目标明确，路线清晰，对四种传统课型的诊断成效显著，这离不开每位课题成员的努力以及学校方面的重视”罗主任说到，“同时，我们也要注意分层教学，要规避应试提分的题海战术、应对规模化教育与个性化培养的矛盾、学生的学习能力与学科素养应对如何匹配等多个问题，是需要我们柳州二中攻克的难点。”本次报告会气氛热烈，效果显著，课题组成员对研究的课题有了更深层次的认识，更加明晰课题实施的意义和操作方法。我们相信在各级专家的科学引领下，在课题组成员的共同努力下，在社会各界的支持配合下，《基于大数据的精准教学案例研究》课题一定会开出绚丽之花，结出丰硕之果！

永定河流经北京、天津、河北、山西、内蒙古五省份，是华北地区重要的水源涵养区。目前永定河综合治理与生态修复工程已取得阶段性成效，永定河生态补水任务有效落实。前不久，东方园林旗下公司东方利禾参与的“十三五”水专项“京津冀南部功能拓展区廊坊水环境综合整治技术与综合示范”项目组就《永定河(廊坊段)生态廊道概念规划》项目成果进行了汇报，永定河流域投资有限公司相关负责人、东方利禾负责人刘旭参加汇报会。永定河综合治理将按照“治理、恢复、涵养、提升”相结合的思路，坚持“以流域为整体、区域为单元、山区保护、平原修复”的原则，把保障河湖生态用水放在突出位置，加大节水力度，遏制地下水超采，提升水源涵养能力，合理配置外调水，把山区建设成为生态安全屏障、平原建设成为绿色生态走廊，逐步恢复永定河生态系统。《规划》中指出深度结合打造京津冀生态廊道构建的重大需求，坚持“强化顶层设计、水系互联互通、构建生态廊道、实现优化调控”的总体思路，为永定河(廊坊段)构建国家级生态协同治理先行示范区进行了立体化探索。东方园林旗下公司东方利禾团队从流域生态共轭的角度出发，针对永定河(廊坊段)水安全隐患尚存、环境承载力降低、生态功能退化等主要问题，探索一条由单一的生态修复向生态、人文、产业等结构性修复转化的协同治理途径。《规划》最终将实现流域层面保障京津冀上下游流域整体安全的绿色纽带、市域层面强化廊坊市域山水格局的绿色屏障、泛区层面优化城乡空间效益的三大绿色发展愿景。“这与我们将永定河恢复成一条干净清澈的河流的愿景一致，对实现永定河流域生态景观格局健全、生态环境持续改善、生态产业协调发展目标具有重要参考意义”，永定河流域投资有限公司在《关于<永定河(廊坊段)>生态廊道概念规划的意见》中对整体课题研究成果和东方利禾项目团队的工作给予了肯定。为进一步激活永定河(廊坊段)的生态和产业发展活力，东方园林旗下公司东方利禾团队在《规划》中重点构建以“生态修复+”为核心的生态产业体系，着力实现与一二三产的高度融合，最终将形成生态场域、绿色生产、游憩功能完整的产业链条。下一步，东方园林旗下公司东方利禾团队将进一步按要求加强《规划》的指导性、针对性和可操作性，为更好的规划和指导永定河综合整治和生态修复的实践工作做出更多贡献。

直播广清广州日报讯 （全媒体记者曹菁）记者昨天从清远市发展和改革局获悉，清远市“十四五”规划前期研究课题（以下简称“研究课题”）遴选公告刚刚发布。据悉，本次面向社会公开选聘研究机构的“十四五”规划前期研究课题共22项，清远市发展和改革局将安排一定经费资助课题研究。据悉，研究课题共22项，其中综合课题17项，主要聚焦清远“十四五”时期及中长期发展全局性、战略性、前瞻性、关键性重大问题；由发展改革局承担的专项课题共5项，主要聚焦产业、公共服务、能源等领域。根据公告信息，省内外高等院校、科研咨询机构、行业协会、社会组织、各类智库，以及其他经审查符合条件的机构或组织，可根据公告要求，并结合自身研究优势进行申报。鼓励组成跨领域、跨学科的专家团队联合申报。清远市发展和改革局将组织专家进行评审,从申请单位的团队实力和工作基础，以及申报课题初步方案的科学性、合理性和创新性等方面，进行综合研究评估，择优遴选课题承担单位。结果确定后，将在清远市发展和改革局网站发布公告信息，并于2019年10月13日前通知承担单位联系人。经费补助根据研究工作需要，清远市发展和改革局将安排一定经费资助，每项综合研究课题原则上不超过15万元；专项研究课题原则上不超过10万元。

为推进重点课题研究工作，提升课题研究质量，机关党建研究杂志社于近日在京召开了“加强分类指导、提高基层党建的精准性和有效性研究”和“机关党建‘灯下黑’问题具体表现及治理研究”两个重点课题中期研讨会。研讨会由工业和信息化部机关党委、交通运输部机关党委分别承办。中央台办、公安部等19个部门的课题组代表围绕中期研究工作进展、主要成果及存在的问题和困惑等，在研讨会上进行了交流发言。中央办公厅等34个部门课题组的40余名代表出席研讨会，中央党史和文献研究院等6个部门机关党委相关同志列席观摩。全国党建研究会、中央党校(国家行政学院)、中央和国家机关工委等部门有关方面负责人和专家学者就各课题组的中期成果进行了现场点评，对下一步课题研究报告的修改完善提出了建议。杂志社有关负责同志对后期课题结题评审工作做出了安排。与会同志一致反映，中期研讨会很有成效，通过研讨交流和专家点评，进一步启发了思维、理清了思路、明确了努力方向，对于改进课题研究工作、提升课题研究质量、形成高质量研究成果很有帮助。加强机关党建理论研究，是推动机关党建高质量发展的重要着力点和突破口。在中央和国家机关工委的领导下，机关党建研究杂志社已连续两年组织开展了机关党建课题研究工作，激发了各级机关党组织研究总结机关党建特点规律、破解机关党建新老难题的积极性和主动性，促进了机关党建工作的提质增效。

在柑橘自交不亲和分子机制研究领域取得重要进展近日，Nature Plants在线发表了华中农大园艺植物生物学教育部重点实验室邓秀新院士领衔的柑橘团队题为“Evolution of self-compatibility by a mutant Sm-RNase in citrus”的研究论文，相关研究在柑橘自交不亲和分子机制与进化领域取得的重要研究进展。自交不亲和性（Self-incompatibility，SI）是显花植物在长期自然进化过程中形成的一种广泛存在的生殖隔离机制，旨在防止近亲繁殖和物种退化，保持物种遗传多样性。植物自交不亲和机理研究虽然在十字花科、茄科、蔷薇科、玄参科及罂粟科等物种上取得了突破，但是关于芸香科柑橘属植物自交不亲和分子机制至今不明。柑橘是世界第一大水果，在国民经济中具有举足轻重的地位，其包含的柚类均具有自交不亲和性状，而宽皮柑橘以及其杂交种则普遍具有的自交亲和（Self-compatibility，SC）特性。在实际生产中，以沙田柚为例，由于其具有典型的自交不亲和特性，自交座果率仅0.3%，使得生产实践中必须通过配置酸柚授粉树或进行人工授粉以提高座果率，不仅费时费力，而且果实种子多，在劳动力短缺及消费者对果实品质要求不断提高的今天，这成为制约产业可持续发展的一个重要问题。因此，发掘控制柑橘自交不亲和性状关键基因，解析其作用机制，明确亲和突变机理，可为生产或育种上选配合适授粉亲本以及通过遗传改良培育自交亲和新种质提供重要的理论依据。课题组从2006年开始启动柑橘自交不亲和机制研究，历时13年，综合利用遗传群体结合细胞学及生物化学等方法证实芸香科柑橘类自交不亲和属于典型的配子体自交不亲和类型，自交授粉后花粉管会在花柱中上部被抑制生长，并首次发掘鉴定出控制柑橘自交不亲和性状关键雌蕊决定因子S-RNase蛋白，编码该蛋白基因具有以下三个典型特征，即花柱特异性表达、单一位点复等位基因特征和能够特异性抑制自体花粉管生长。本研究在柚类中鉴定到9个高度多态性的S-RNase等位基因（S1-RNase～S9-RNase），利用收集到的394份柚类自然群体，通过检测共获得77%资源的S基因型，相关S基因型信息可为柚生产或开展常规杂交育种选配合适授粉亲本提供重要的理论指导。研究发现，检测自交亲和宽皮柑橘材料，发现S-RNase基因ORF第442位有一个腺嘌呤(A)缺失，从而导致移码突变和提前终止，形成无功能的Sm-RNase蛋白，通过扩大样本检测量，明确凡是含有突变的Sm-RNase都具有自交亲和性状，由此开发出基于Sm-RNase的分子标记，为早期开展分子标记辅助选择柑橘自交亲和性状资源提供方法。进一步利用原始、野生及栽培柑橘资源，构建出柑橘由自交不亲和性向自交亲和性转变的进化模式图，推测突变的Sm-RNase基因早期发生在宽皮柑橘中，伴随着柑橘种间相互杂交，进而渗入到其他柑橘品种中，并利用宽皮柑橘独特的无融合生殖特性逐渐将Sm-RNase基因在这些柑橘杂交种中固定，最终形成现有栽培橘多数表现为自交亲和特性的局面。植物进化上关于S-RNase类配子体自交不亲和系统在蔷薇分支和菊分支中到底是二次起源还是单一起源一直争论不休，未有定论。因为S-RNase类的配子体自交不亲和系统自从在亲缘关系相对较近的如：茄科、蔷薇科及玄参科中被鉴定后，再未有其他新物种报道具有类似系统。本研究证实了芸香科柑橘也同属于S-RNase类自交不亲和系统，并且由于芸香科与蔷薇科、茄科以及玄参科亲缘关系远，且早在1亿年前就已经分化，为S-RNase类配子体自交不亲和系统属于单一进化起源结论提供重要佐证。园艺林学学院已毕业博士研究生梁梅为论文第一作者，柴利军副教授为论文通讯作者。中国科学院昆明植物研究所朱安丹研究员、华南农业大学夏瑞教授、广西特色作物研究院邓崇岭研究员与陈传武副研究员、云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所王绍华、英国阿伯里斯特维斯大学Maurice Bosch博士及英国伯明翰大学Vernonica E. Franklin-Tong教授等也参与相关研究工作。本研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基本科研专项资金和国家柑橘现代农业产业技术体系研究经费支持。据悉，本文在发表的同时，Nature Pants杂志特邀东京大学Sota Fujii 和 Seiji Takayama学者对相关内容配发评论性文章。在CO2光化学还原领域研究取得新进展近日，华中农大理学院陈浩教授领衔的“先进材料与绿色催化”团队与日本国立材料研究所叶金花教授合作，在Nature Communications在线发表了题为Intermolecular cascaded π-conjugation channels for electron delivery powering CO2 photorection的研究论文，该研究首次报道了聚合物分子内-分子间“双重共轭”效应的调协机制，创造性的构建了载流子传递的“高速路”，提出了促进载流子传递助力CO2光还原的新策略，为通过利用太阳能控制全球碳平衡提供了有效路径。当前，全球的燃烧化石燃料产生的CO2的年排放量高达368亿吨，而现有的CO2转化技术通常需消耗大量电力资源，且伴随有额外的温室气体排放。开发基于太阳能光催化技术实现清洁、廉价的CO2资源化利用，对应对全球气候变化及获取廉价和清洁能源具有重大战略意义，也是当前能源环境研究领域的前沿。然而，受制于光生载流子的传递效率，现有的光催化CO2还原反应效率低下，尚不能令人满意。如何实现高效的光生载流子定向转移不仅是当前光催化领域研究的难点，也是提升光催化CO2还原反应效率的关键。基于此，理学院陈浩教授领衔的“先进材料与绿色催化”团队与国内外多家科研机构展开科研合作，以选取共轭聚合物为催化剂，通过结构设计调控，获得了具有强共轭体系的聚合物及消除不饱和炔基后的弱共轭体系聚合物。研究发现，消除作为分子内电子传输“桥梁”的炔基后，光生载流子更容易在局部累积，进而与CO2还原助催化剂的电子云发生交错，优化分子间π-π堆砌作用。上述针对共轭聚合物的分子内-分子间共轭作用的调协效应，可构筑基于π-π堆叠作用的分子间载流子传输“通道”，并在光催化过程中，将共轭聚合物受光激发产生的电子由分子内无序传递调整为分子间定向转移，从而使定向转移的电子通过助催化剂的金属中心持续向CO2分子注入电子，进而实现CO2还原。该研究首次通过理论计算和瞬态光谱技术揭示了共轭聚合物“双重共轭”的可控协调性，揭示了通过非共价健相互作用途径增强电荷转移的证据和机理。改性聚合物通过去除电子传输“桥梁”炔基，成功阻止了电子离域，并利用分子间建立的传输“通道”将局域化电子定向转移至活性位点，因而表现出很高的CO2还原效率（CO产生速率高达2247 μmol·g-1 h-1），比未经修饰的聚合物活性提高了138倍。通过调控 “双重共轭”效应建立的CO2光还原体系，为解决光催化反应中载流子定向传递这一关键问题提供了新思路，对后续建立高效的光催化CO2光还原体系具有重要科学价值。理学院汪圣尧副教授、丁星副教授、日本国立材料研究所海晓博士、华中科技大学金尚彬副教授为论文共同第一作者，陈浩教授和日本国立材料研究所叶金花教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、日本文部省科研经费、湖北省自然科学基金及校自主创新基金的资助。揭示叶绿体DNA重组修复的分子机制3月17日，Nature Communications在线发表了华中农大作物遗传改良国家重点实验室、生命科学技术学院结构生物学研究团队解析叶绿体DNA重组修复的最新研究成果。成果论文以“Structural insights into sequence-dependent Holliday junction resolution by the chloroplast resolvase MOC1”为题，解析了植物叶绿体Holliday junction解离酶序列特异性识别和切割DNA的分子机制。Holliday junction（HJ）是由英国生物学家Robin Holliday提出的DNA分子间的十字交叉结构，是同源重组过程中一类重要的DNA中间体，其对于DNA损伤修复以及保持物种遗传多样性等具有重要意义。而这种特殊的DNA结构必须在解离酶的作用下及时解离成双链线性的DNA才能保持基因组DNA的稳定性。HJ解离酶在噬菌体、细菌、真菌、植物和动物中是广泛存在的，虽然这类酶的序列同源性不高，但它们发挥作用的机理有一定的相似性。然而，HJ解离酶对DNA序列依赖的结构解离的分子机制却一直未知。在本研究中，研究者解析了植物叶绿体HJ解离酶MOC1单体以及结合HJ的复合体的晶体结构。MOC1以二聚体形式发挥功能。其中，HJ镶嵌在二聚体MOC1的两个凹槽中。通过结构分析，鉴定了其中四个酸性氨基酸组成了催化四连体，负责切割DNA碱基间的磷酸二酯键。其中最重要的发现是，本研究鉴定了一个重要的DNA碱基识别环(base recognition loop, BR loop)，其中有两个关键的氨基酸参与了junction位置C-G碱基对的打开，以及特定的DNA碱基识别，从而决定了序列识别以及切割的特异性。综合晶体结构解析和系统的生化实验验证，本研究从分子水平上对于HJ解离酶序列特异性切割HJ的科学问题进行了解答。通过结构序列比对分析，研究者发现这类BR loop在其他物种的HJ解离酶，如细菌RuvC和酵母Ydc2中是保守存在的。因此，本研究鉴定的BR loop对其它类型特异性识别和切割DNA的HJ解离酶，具有普通的参考意义。叶绿体MOC1-HJ复合物的晶体结构以及催化机制分析博士闫俊杰、研究生洪思行为本论文共同第一作者，殷平教授为论文通讯作者。校级蛋白质平台为该研究的开展提供了有力支持。上海同步辐射光源（SSRF）为数据收集提供了帮助。该研究受到了科技部基金、国家自然科学基金-优青基金和青年基金、华中农业大学科技自主创新基金、中国博士后基金的共同资助。据悉，本研究工作是该研究团队在叶绿体基因表达调控领域系列研究工作的新突破。团队揭示了叶绿体转录后调控蛋白PPR家族特异性识别RNA碱基的分子机制及潜在应用（Shen et al., 2015, Molecular Plant; Shen et al., 2016, Nature Communications; Yan et al., 2019, Nucleic Acids Research）；揭示了叶绿体RNA编辑因子MORF蛋白调控靶标RNA识别的分子机制（Yan et al., 2017, Nature Plants；Yan et al., 2018，Science China Life Sciences）解析玉米重要产量基因近日，华中农大玉米研究团队张祖新教授课题组在Nature子刊《Nature Communications》在线发表题为“A serine/threonine protein kinase encoding gene KERNEL NUMBER PER ROW6 regulates maize grain yield”的文章，证实了一个编码丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶的基因KNR6 (KERNEL NUMBER PER ROW6)，该基因通过影响雌穗小花数目、穗长和行粒数进而控制玉米产量。在不同遗传背景的杂交种中导入有利等位基因可增加4.3–19.1%的穗粒数，增强表达KNR6也可显著提高玉米杂交种籽粒产量。研究还发现，KNR6与Arf-GTPase激活蛋白(AGAP) 互作并磷酸化AGAP，通过调节花序发育而影响穗长和行粒数。该研究结果有助于解析玉米穗粒数形成的分子机制，为提高玉米杂交种产量提供了理论依据和基因资源。玉米（Zea mays L.）是当今世界重要的粮食、饲料、工业原料和能源作物，在保障世界粮食安全、经济发展及缓解能源危机等方面作用巨大。玉米籽粒是经济发展的重大需求，也是遗传育种学科的重大研究课题。近一个世纪来，通过育种家的不懈努力，玉米单位面积籽粒产量提高了6~8倍，但是，我们至今对玉米遗传改良过程中所选择基因或位点知之甚少。张祖新教授课题组基于图位克隆策略，首次克隆了一个控制玉米穗长、每行籽粒数和籽粒产量的QTL。研究发现，候选基因KNR6编码一个丝氨酸苏氨酸类受体蛋白激酶，并且该基因5'-UTR区域的一个Harbinger-like转座子插入缺失变异和基因5.1kb上游区域的一个长末端重复逆转座子（LTR）的插入缺失变异可引起KNR6的调控区域的甲基化水平的改变，进而导致KNR6表达水平的改变。而KNR6的表达水平与玉米自交系果穗长度和每行籽粒数正相关。借助分子标记辅助选择，将KNR6增效等位基因型置换四个自交系的减效等位基因型，导致穗长和行粒数增加，且改良版的郑单958籽粒产量比其改良前提高5.6%。在不同遗传背景的杂交种中导入增效等位基因可增加4.3–19.1%的穗粒数，过表达KNR6也可显著提高玉米杂交种籽粒产量。研究还发现，KNR6具有自磷酸化和磷酸化的活性，可通过磷酸化其互作蛋白AGAP进而调控花序分化，这是一个重要的理论发现。结合KNR6蛋白的磷酸化功能，从蛋白质磷酸化组学解析KNR6可能参与的调控网络，并从分子生物学等层面探明KNR6在玉米花序发育控制中的生物学机制，可为阐明玉米穗粒数形成的遗传机制及调控网络奠定基础。华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室博士研究生贾海涛、李曼菲和中国农业大学李威亚博士为论文共同第一作者，张祖新教授为通讯作者。中国农业大学杨小红教授、美国美国冷泉港实验室Dave Jackson教授也合作参与了本论文撰写工作。该研究得到了国家重点研发计划和国家自然科学基金等项目的资助。揭示油料作物Jojoba种子中蜡酯合成机制3月11日，Science Advances在线发表了题为“The genome of jojoba (Simmondsia chinensis): a taxonomically-isolated genome that directs wax-ester accumulation in its seeds”的研究论文，该研究由华中农大油菜团队、生物信息团队联合国外5家单位合作完成。研究公布了油料作物Jojoba的高质量参考基因组，解析了Jojoba种子中蜡酯的合成途径，为挖掘和利用蜡酯合成的关键基因打下了基础。Jojoba是雌雄异株植物，原产于北美沙漠地区，其种子油的主要成分是液体蜡酯，由碳链长度为C20-C24的脂肪醇和脂肪酸的酯化物组成。Jojoba是目前已知的唯一可以合成液体蜡酯的油料植物，也是唯一能替代鲸油的植物油。Jojoba油与人体皮脂具有高度的相容性，能促进皮肤保留水分，因此它受到化妆品行业的高度青睐。此外，Jojoba油在高温、高压下稳定度高，被广泛应用于机械润滑、消泡、防磨损、防锈及抗氧化等方面。由于Jojoba种子含油量高、液体蜡酯的经济价值高、植物自身具有耐高温及抗旱的特性，目前已被美国、以色列、秘鲁、阿根廷、澳大利亚和印度等国商业化种植。过去十余年，科学家通过转基因手段在油菜、亚麻芥等油料作物种子中合成Jojoba蜡酯，但这些油料作物种子中积累的蜡酯含量较低，且转基因植物种子的萌发率低；Jojoba的种子中蜡脂占总含油量的95%以上，种子仍可正常萌发，这暗示着Jojoba种子中蜡酯的合成、储存及降解存在特殊的机制。但参考基因组的缺乏限制了Jojoba种子中蜡酯合成相关机制的解析。该研究采用PacBio、Illumina和Hi-C测序相结合的方法组装和注释了Jojoba高质量参考基因组。分析比较基因组可知Jojoba经历了双子叶植物共有的基因组三倍化过程。基质辅助激光解吸电离-质谱成像仪（MALDI-MSI）对Jojoba种子的脂质分布进行了分析，结果表明蜡酯主要富集在种子的子叶中，而少量的三酰甘油主要富集在种子的胚轴。参与蜡酯合成相关基因脂肪酰基-CoA延长酶1基因（ScFAE1）、脂肪酸还原酶基因（ScFAR）和蜡酯合成酶基因（ScWS）在子叶中表达量远高于胚轴中的表达量，同时二酰甘油酰基转移酶（DGAT）在子叶中的表达量远低于其在胚轴中的表达量。编码脂肪酸合成和油脂储存相关蛋白的基因均偏向于在子叶中高表达。这些基因在空间上的表达差异可能是造成蜡酯及三酰甘油在Jojoba种子中存在明显分布差异的主要原因。Jojoba参考基因组的发布为Jojoba遗传改良提供了重要资源，其蜡酯合成机制的解析也为通过生物学的方法在其他油料种子中生产蜡酯打下了重要基础。Drew Sturtevant（德克萨斯大学）、鲁少平、周智伟和沈胤为共同第一作者，陈玲玲教授、Kent Chapman教授（德克萨斯大学）和郭亮教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、中央高校基本科研专项资金及美国能源部物理生物科学计划的支持。来源：华中农业大学 供稿 | 梁梅 洪思行 汪圣尧 组新 鲁少平 编辑 | 匡敏 审核 | 刘涛