| 2012年度“中國科學十大進展”發布 中國科技網訊（記者陳磊）記者從科技部基礎研究管理中心獲悉，2012年度“中國科學十大進展”日前揭曉，神舟九號和天宮一號對接、大亞灣中微子實驗發現新的中微子振蕩模式等基礎研究成果榜上有名。 2012年度“中國科學十大進展”是：神舟九號和天宮一號成功實現載人交會對接；可擴展量子信息處理取得系列重要進展；闡明二疊—三疊紀之交生物大滅絕及其復蘇模式和原因；大亞灣中微子實驗發現新的中微子振蕩模式；揭示兩種天然產物靶向特異蛋白治療白血病的機制；證實單倍體孤雄干細胞具有可替代精子和快速傳遞基因修飾的能力；生態學試驗證實Bt轉基因棉花種植可促進對害蟲的生物控制；解析出TAL效應蛋白特異性識別DNA的結構基礎；揭示營養匱乏引發細胞自噬的分子機制；發現利用倒置結構可提高聚合物太陽能電池的能量轉換效率。 該評選活動由科技部基礎研究管理中心會同《科技導報》編輯部、《中國科學院院刊》編輯部、《中國科學基金》編輯部和《中國基礎科學》編輯部共同舉辦。評選程序分為推薦、初評、函評和發布4個環節。最終結果由中國科學院院士、中國工程院院士、973計劃顧問組和咨詢組專家、973計劃項目首席科學家、國家重點實驗室主任等專家投票選出。 
▲神舟九號和天宮一號成功實現載人交會對接 
▲拓撲量子糾錯原理 
▲實現百公里自由空間量子糾纏分發 
▲大亞灣中微子實驗站 
Bt棉花種植促進害蟲生物控制 
通過孤雄單倍體胚胎干細胞獲得的轉基因小鼠 
TAL效應蛋白dHax3的高分辨率晶體結構 1.神舟九號和天宮一號成功實現載人交會對接 北京時間2012年6月18日14時14分，神舟九號載人飛船與天宮一號目標飛行器成功對接，航天員景海鵬、劉旺與我國首位女航天員劉洋首次成功訪問在軌飛行器。6月24日，在航天員劉旺的操縱下，神舟九號飛船與天宮一號順利對接，圓滿完成我國首次手控交會對接任務。這標志著我國具備了向在軌航天器可靠地往返運送人員和物資的能力，使我國成為世界上第三個獨立掌握載人空間交會對接技術的國家，對我國航天科技事業的發展具有極大的促進和推動作用。 2.可擴展量子信息處理取得系列重要進展 實現實用化量子計算和遠距離量子通信的關鍵是，通過發展多粒子量子系統相干操縱技術實現可擴展的量子信息處理。中國科學技術大學潘建偉研究小組，利用自主發展的高亮度、高純度量子糾纏源技術，在國際上首次實現了八光子薛定諤貓態。同時，他們利用八光子糾纏簇態，在國際上首次實驗實現了拓撲量子糾錯，證明拓撲編碼可以顯著減少量子比特錯誤率，顯示了容錯量子信息處理的強大能力。此外，潘建偉小組還發展了高精度時間同步技術，并與中國科學院上海技術物理研究所、光電技術研究所等單位合作發展了高精度光跟瞄技術。在上述核心技術的基礎上，他們在國際上首次實現了百公里量級的自由空間量子隱形傳態和雙向糾纏分發，證明了借助衛星實現全球量子通信網絡和開展大尺度基本物理問題檢驗的可行性。相關研究結果發表在《自然·光子學》（Nature Photonics）和《自然》（Nature）雜志上。 專家點評 中國科學院院士、中國科學院半導體研究所研究員李樹深：要實現可拓展量子計算和量子通信仍面臨諸多挑戰，主要包括如何提升量子相干操縱和多粒子糾纏的數目、如何實現量子態的遠距離傳輸等。針對這些重大挑戰，潘建偉小組開展了系統性的研究工作，并于2012年取得一系列重要突破，受到國際學術界的廣泛關注和高度評價，體現了我國量子信息研究領域日漸強大的國際競爭力。 3.闡明二疊-三疊紀之交生物大滅絕模式及其原因 地質歷史時期發生了幾次影響地球生命演化進程的重大生物事件，其中發生在約2.5億年前的二疊紀末生物大滅絕是最具災難性的一次滅絕事件，這次生物大滅絕以后地球生態系統歷經近5百萬年才得以復蘇。確定這次事件發生的精確時間、速度和過程是探明其原因的關鍵。中國科學院南京地質古生物研究所沈樹忠和王玥研究組與合作者, 在華南、西藏、西南等地開展了海洋和陸地生態系統二疊-三疊系界線剖面研究，建立了高分辨率化石生物地層以及十萬年級高精度綜合年代框架，并運用最新的CONOP化石生物多樣性定量統計和多種地球化學指標分析，論證了此次生物集群滅絕事件的時空模式及其與古環境演變的關系。他們的研究表明，二疊-三疊紀之交生物大滅絕事件發生的時間約在252.28±0.08百萬年前，其滅絕的整個過程不超過20萬年。他們并通過中國海、陸相剖面的系統對比和碳循環模擬，認為二疊紀末由于大規模地下巖漿活動造成溫室氣體大規模快速釋放以及與火山噴發等的共同作用，使得溫室效應迅速加劇，這是最終導致整個地球海陸生態系統同時在極短時間內全面崩潰的主要原因。另一方面，中國地質大學（武漢）賴旭龍和孫亞東研究組與合作者，通過對華南地區二疊紀末至中三疊世的海相牙形石進行氧同位素分析，定量地構建了該時期赤道低緯度地區高精度古海水溫度變化曲線，揭示了二疊-三疊紀之交發生的一次快速極熱事件，并在此后近5百萬年的時間內一直延續極端高溫的過程。從而以實際數據證實了二疊紀末快速極熱事件是導致這次生物大滅絕的原因，并且揭示持續高溫抑制了赤道低緯度地區早三疊世生態系統的復蘇。相關研究結果發表在《科學》（Science）雜志上。 專家點評 中國科學院院士、中國科學院南京地質古生物研究所研究員戎嘉余：地史時期發生過多次生物大滅絕事件，以二疊紀末的最為慘烈，世界各國各領域科學家對此開展了廣泛深入的探究。上述成果基于二疊-三疊系界線生物與年代地層框架和晚二疊—早三疊世牙形石氧同位素分析，用最新化石多樣性定量和多種地化指標，確定了這次大滅絕發生的精確時間和速率以及復蘇模式，并認為火山活動致溫室氣體快速釋放和全球極熱化是生態系快速崩潰和隨后生物復蘇遲緩的根本原因，這對認識地球環境變化趨勢有重要的啟示作用。 4.大亞灣中微子實驗發現新的中微子振蕩模式 中微子是構成物質世界的一類基本粒子，它包括電子型中微子、μ子型中微子和τ子型中微子3種類型。這3種中微子在飛行中可以從一種類型轉變成另一種類型，即中微子振蕩。其振蕩模式在理論上有3種，分別由θ23、θ12和θ13表示。前兩種振蕩已被多個實驗所證實，第三種振蕩因測量難度更大，一直沒有被實驗證實。θ13的大小關系到中微子物理研究未來的發展方向，并和宇宙起源中的反物質消失之謎相關，是國際上中微子研究的熱點。由中國科學院高能物理研究所牽頭的大亞灣反應堆中微子實驗，是利用大亞灣核電站反應堆測量sin22θ13的實驗計劃，其設計精度比過去國際最好水平提高近一個量級。該合作組利用55天獲取的中微子事例，測量得到sin22θ13的大小為0.092，誤差為1.7%。測量結果的顯著性為5.2個標準偏差，也就是說無振蕩的可能性只有千萬分之一。相關研究結果發表在《物理評論快報》（Physical Review Letters）雜志上。 專家點評 中國科學院院士、中國原子能研究院研究員張煥喬：大亞灣反應堆中微子實驗的主要科學目標是精確測量中微子混合角θ13。θ13是物理學中28個基本參數之一，它的大小關系到中微子研究未來的發展方向，大亞灣實驗對θ13的測量，將為今后中微子物理、天體物理、宇宙學等前沿科學研究提供精確的初值輸入，對基本粒子物理的大統一理論、尋找與鑒別新物理，甚至揭開“宇宙反物質消失之謎”具有重要意義。 5.揭示兩種天然產物靶向特異蛋白治療白血病的機制 急性髓系白血病(AML)是一組異質性血液腫瘤。其中多數AML，如具有t(8;21)(q22;q22)染色體易位的M2型AML患者不能獲得長期無病生存。利用天然化合物特異地誘導白血病細胞分化和凋亡是腫瘤研究的重要熱點之一。在誘導AML細胞凋亡方面，上海交通大學醫學院陳竺和陳賽娟研究組與合作者的研究顯示，冬凌草甲素可與谷胱甘肽和硫氧還蛋白/硫氧還蛋白還原酶相互作用，增加細胞內的活性氧，進而活化t(8;21)細胞中促凋亡的半胱氨酸蛋白酶-3，促進腫瘤細胞凋亡。而且，冬凌草甲素還可通過半胱氨酸蛋白酶-3使腫瘤融合蛋白AML1-ETO發生酶裂解，生成截短形式的AML1-ETO(ΔAML1-ETO)。而ΔAML1-ETO可與AML1-ETO相互作用，干擾AML1-ETO的反式調節功能，作為腫瘤抑制劑介導了冬凌草甲素的抗白血病效應。在誘導AML細胞分化方面，上海交通大學醫學院陳國強研究組與合作者的研究發現，一種植物中分離出來的雙萜化合物——腺花素可誘導多種類型AML細胞分化。腺花素可直接靶向過氧化還原酶Prx I和Prx Ⅱ的保守的半胱氨酸，抑制其過氧化物酶活性，使細胞內H2O2增加，進而導致細胞外信號調控激酶的活化和CCAAT/增強子結合蛋白β轉錄的增加，這將促進腺花素誘導的分化。腺花素是目前已知的第一個可用于研發Prx I和Prx Ⅱ靶向治療藥物的先導天然化合物，靶向Prx I和Prx Ⅱ可能成為白血病誘導分化治療的新途徑。相關研究結果分別發表在《科學·轉化醫學》（Science Translational Medicine）和《自然·化學生物學》（Nature Chemical Biology）雜志上。 專家點評 中國科學院院士、上海中醫藥大學教授陳凱先：AML是一組異質性血液腫瘤，目前多數患者尚不能獲得長期無病生存。利用天然化合物特異地誘導白血病細胞分化和凋亡是腫瘤研究的重要熱點之一。陳竺與陳賽娟研究組和陳國強研究組在這方面取得了具有開拓性的進展。他們的研究不僅為AML治療提供了天然來源的先導化合物，而且為治療白血病新藥研究開辟了方向，提供了新的靶點和新的方法，具有重要科學意義。 6.證實單倍體孤雄干細胞具有可替代精子和快速傳遞基因修飾的能力 單倍體細胞及其發育成的個體是研究隱性遺傳的理想模型。自然狀態下哺乳動物的單倍體細胞僅局限于卵子和精子這類結構和功能均已特化的細胞，但卵子和精子不能在體外進行培養，也難以進行遺傳操作。如能在體外建立哺乳動物的單倍體細胞系，將極大地促進哺乳動物基因功能及遺傳學等方面的研究。針對單倍體孤雄胚胎干細胞能夠替代精子的特性，對單倍體干細胞進行基因操作可以將基因修飾直接遺傳給后代，避免了其它轉基因方法在種系嵌合等方面的苛刻要求，從而可極大地提高基因修飾效率及其應用范圍。中國科學院上海生物化學與細胞生物學研究所李勁松與徐國良合作團隊以及中國科學院動物研究所周琪與趙小陽合作團隊，分別成功地利用核移植和干細胞技術建立了小鼠孤雄單倍體干細胞系，這些單倍體干細胞具有典型的小鼠胚胎干細胞特征和發育潛能，并能夠形成嵌合體小鼠；當把這些細胞注入卵母細胞后能夠代替精子完成授精并產生健康小鼠；對這些細胞進行基因修飾后可以快速便捷地獲得健康存活的轉基因和基因敲除小鼠，大大縮短了基因修飾的流程，提高了基因修飾效率。這一成果為遺傳與發育調控機理研究提供了新的體系，并為獲得遺傳操作動物模型提供了重要手段。相關研究結果分別發表在《細胞》（Cell）和《自然》（Nature）雜志上。 專家點評 中國科學院院士、同濟大學教授裴鋼：生殖細胞是單倍體細胞，不能在體外培養和增殖，成為生殖發育研究和輔助生殖技術發展的重要障礙和瓶頸。2012年，兩組中國科學家分別成功地利用核移植和干細胞技術建立了小鼠孤雄胚胎干細胞系，這些單倍體干細胞能夠功能性替代精子并產生健康小鼠。這一成果為揭示有性繁殖的奧秘，深入進行生殖發育的轉化研究，造福人類生殖健康提供了重要的工具。 7.生態學試驗證實Bt轉基因棉花種植可促進對害蟲的生物控制 過去10多年中，多種Bt轉基因作物在世界范圍內的商業化生產，有效控制了幾種重要的靶標害蟲，并減少了殺蟲劑的使用量。由于廣譜性殺蟲劑可以殺死有害昆蟲的節肢動物天敵，因此減少使用殺蟲劑有利于對非靶標害蟲的生物控制。然而，科學界并沒有從景觀生態學尺度闡明天敵昆蟲與非靶標害蟲的種群長期演替機制。中國農業科學院植物保護研究所吳孔明研究團隊與合作者，基于長期的田間系統生態學試驗研究和觀測數據分析，發現伴隨Bt棉花的廣泛種植和殺蟲劑的減少使用，三類主要捕食性節肢動物（瓢蟲、草蛉和蜘蛛）的種群數量顯著上升，并通過它們的捕食作用顯著降低了棉花伏蚜的自然種群數量。同時，這些天敵還從Bt棉田進入鄰近的田地，對多種蚜蟲發揮了自然控制作用。上述研究拓展了對抗蟲轉基因作物生態效應的認識。相關研究結果發表在《自然》（Nature）雜志上。 專家點評 中國科學院院士、中國農業科學院研究員李家洋：轉Bt基因抗蟲作物在世界范圍內的廣泛種植，引起了科學界和公眾對其長期大規模種植生態影響的高度關注和爭議。該項成果通過長期的生態學研究，在國際上首次明確了Bt作物可增強農業生態系統害蟲自然控制的能力，深化和豐富了對轉基因作物環境影響的認知，對發展利用轉基因技術促進農業生產力的提高和生物多樣性保護有重要科學意義。 8.解析出TAL效應蛋白特異性識別DNA的結構基礎 TAL效應蛋白是植物致病菌注入到植物細胞內的一類蛋白質因子，其奇特之處在于它的DNA結合結構域是由不同數量的重復單元組成，每個重復單元中第12和13位的氨基酸殘基變化較大被命名為RVD，且與識別的核苷酸種類有特殊的一一對應關系。TAL效應蛋白獨特的DNA序列識別特性以及靈活的可組裝性極大地方便了它們在分子生物學中的應用。對于基因組特別是高等生物基因組的定點改造一直以來是生物學研究中的一個難題。近年來以TALEN（TAL效應蛋白核酸酶）為代表的技術突破使得基因組改造便捷有效，利用TALEN已經成功地實現了對斑馬魚、爪蟾、家畜豬甚至人類細胞的定向改造。清華大學顏寧研究組、施一公研究組與合作者選擇了一個經過改造的TAL效應蛋白dHax3，進行結構生物學和生物化學研究。最終獲得了未結合DNA 的dHax3和與DNA結合的復合物的兩個高分辨率晶體結構。他們的研究清晰揭示了TAL效應蛋白特異識別DNA的機理。結構還顯示RVD這兩個殘基中只有第二位的氨基酸才與堿基特異識別，從而使得設計新型TAL效應蛋白序列更加簡便。結構比較還展示了TAL效應蛋白的類似 于彈簧的伸展性。這些結構信息提供了TAL效應蛋白的改造基礎，極大地拓寬了TAL效應蛋白在生物技術應用上的前景。相關研究結果發表在《科學》（Science）雜志上。 專家點評 北京大學工學院教授席建忠：致病菌能利用其TAL效應蛋白調控植物細胞基因的表達，這一現象為科學家研發定點基因修飾技術提供了新的思路。然而，之前我們對TAL效應蛋白是如何特異識別DNA的分子機理并不清楚。清華大學顏寧、施一公等小組通過解析TAL效應蛋白與DNA復合物的晶體結構，為我們揭開了其中的奧秘。該工作的重要性還體現在，它為人工優化改造TAL效應蛋白提供了堅實的理論指導，為日后TAL效應蛋白的臨床應用奠定了基礎。 9.揭示營養匱乏引發細胞自噬的分子機制 細胞自噬是指細胞降解胞內自身細胞結構或變性蛋白質的一種重要生物學過程。在受到如饑餓等外界壓力時，細胞會將細胞質的一部分包裹并運輸到溶酶體或液泡中，對其進行降解，從而達到物質重新利用的目的。細胞自噬功能的異常會導致包括癌癥、神經退行性疾病等眾多疾病的發生。廈門大學林圣彩研究小組與合作者研究發現，乙酰轉移酶TIP60的激活是生長因子缺乏誘發細胞自噬所必需的。在多細胞動物中，細胞的能量平衡依賴于細胞外生長因子。當糖原合成酶激酶3(GSK3)因細胞失去生長因子而去抑制時，它會通過磷酸化乙酰基轉移酶(TIP60)而激活TIP60。活化的TIP60會直接乙酰化并激活自噬啟動過程中的關鍵蛋白激酶ULK1。他們的研究揭示了一個整合了蛋白質磷酸化和乙酰化的信號通路，將生長因子缺乏同自噬聯系起來，闡明了細胞能量平衡的維持依賴于生長因子這一重要生物學現象的分子機制。與此同時，清華大學俞立研究組與合作者，利用釀酒酵母作為研究材料，研究確認乙酰轉移酶Esa1和去乙酰化酶Rpd3是細胞自噬水平的重要調控元件，并確認細胞自噬信號的核心組件Atg3是Esa1/Rpd3的作用底物。Atg3通過其第19和第48位的賴氨酸乙酰化來控制Atg3和Atg8的相互作用以及Atg8的脂化，從而調控細胞自噬的發生。在饑餓誘導下，Esa1和Rpd3通過在自噬體前體結構(PASs)上的定位以及與Atg3的相互作用，調控Atg3蛋白的乙酰化水平，進而影響細胞自噬的發生。這些研究結果揭示了乙酰化如何通過修飾細胞自噬的核心元件從而調控細胞自噬發生這一重要生物學現象的分子機制。相關研究結果發表在《科學》（Science）雜志上。 專家點評 中國科學院院士、清華大學教授孟安明：自噬是細胞在營養缺乏情況下回收利用自身物質的一種行為。林圣彩教授和俞立教授的兩項研究成果闡明了細胞如何傳遞營養缺乏信息到執行自噬核心元件的信號通路。他們的工作對單細胞生物和高等動物因營養物質缺乏誘導細胞自噬這一重要生物學現象的分子機制做出了闡明。他們的工作同時也證明了蛋白質的乙酰化修飾是一種高度保守的調控細胞自噬的機制，并為開發用于臨床治療的自噬抑制劑和激活劑提供了新的切入點。 10.發現利用倒置結構可提高聚合物太陽能電池的能量轉換效率 聚合物-富勒烯異質結太陽能電池(PSC)是一種基于共軛有機小分子/聚合物和富勒烯衍生物的新型的光伏器件，可大面積、低成本、柔性化制備，是當今科技界的一個研究熱點和世界各國競相研發的新能源器件。近期的研究報道表明，這種太陽電池的能量轉化效率可超過8%。但是這種光伏技術要能得到大規模生產和應用，還需要進一步提高其能量轉換效率達到10%左右。華南理工大學曹鏞和吳宏濱研究組，利用一種倒置結構實現了能量轉換效率達到9.2%的聚合物太陽電池，刷新了文獻報道中此類器件能量轉換效率的世界紀錄。他們研制的裝置可以同時提供實現高效光生載流子收集的歐姆接觸以及最優的太陽光子利用。由于他們提出的器件結構可方便利用并能大幅度提高能量轉化效率，所以這一發現還可為其他材料體系所借鑒，并為實現能量轉換效率達到10%的聚合物太陽電池提供了新的希望。相關研究結果發表在《自然·光子學》（Nature Photonics）雜志上。 專家點評 中國科學院院士、中國科學院上海技術物理研究所研究員褚君浩：聚合物太陽電池是一種新型光伏器件，具有制備成本低、重量輕、可制備成柔性器件等優點，與無機半導體太陽電池有非常強的互補性。華南理工大學曹鏞院士團隊利用一種倒置結構實現了效率達到9%以上的聚合物太陽電池。他們的研究表明，小面積聚合物太陽電池的實驗室效率已經十分接近非晶硅太陽電池的水平，通過進一步進行大面積電池均勻性研究和提高能量轉換效率以及加強長期室外穩定性的研究，有可能具有規模化生產和應用的前景，是一類值得大力支持發展的薄膜太陽電池。 | 
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