K8凯发集团|幸福宝APP在线下载安装|向极微观深入拓展对生命科学的认知
2024-10-23 23:01:10
头发丝ღ★✿，大约是肉眼可见的极限ღ★✿，它的直径约100微米ღ★✿，细胞是头发丝的1/10ღ★✿，细胞核则只有几微米ღ★✿。然而ღ★✿，这小小的细胞核ღ★✿，承载着海量的高价值遗传信息ღ★✿。
“从群体生态学到生命个体ღ★✿、器官ღ★✿、组织ღ★✿、细胞ღ★✿，再到生物大分子ღ★✿，甚至生物大分子中的原子细节ღ★✿，生命科学涉及从宏观到微观的多尺度研究ღ★✿。”中国科学院生物物理研究所研究员ღ★✿、生物大分子重点实验室研究组长高璞说ღ★✿，作为当代生命科学的重要前沿ღ★✿，生物大分子是典型的极微观研究领域ღ★✿。
走进生物大分子重点实验室ღ★✿，纪伟正在指导学生调试光电关联显微镜ღ★✿。前不久ღ★✿，这位中国科学院生物物理研究所研究员ღ★✿、生物大分子重点实验室研究组长带领团队ღ★✿，基于光电关联显微镜ღ★✿，开发了一种新的观测方法ღ★✿。
“研究生物大分子幸福宝APP在线下载安装ღ★✿，首先要‘看’到它ღ★✿。”纪伟告诉记者ღ★✿，核酸ღ★✿、蛋白质等生物大分子组装结构复杂精密ღ★✿，对它们观察得越清晰ღ★✿，对生命奥秘才能了解得越深刻ღ★✿。
17世纪ღ★✿，荷兰科学家用自制的显微镜ღ★✿，第一次观察到单细胞生物ღ★✿，打开了微生物学的大门ღ★✿。此后约300年里ღ★✿，光学显微镜不断发展ღ★✿，但分辨率因受衍射限制ღ★✿，达到几百纳米后就很难突破ღ★✿。21世纪初ღ★✿，随着超分辨荧光显微镜和冷冻电镜的出现ღ★✿，科学家得以在几十纳米到零点几纳米尺度上观察亚细胞结构ღ★✿，极大拓展了对生命科学的认知视野ღ★✿。
对着电脑屏幕显示的细胞结构ღ★✿，纪伟介绍ღ★✿：为“看”清细胞里的精细结构ღ★✿，科学家要观察特定的分子状态ღ★✿。然而ღ★✿，冷冻电镜电子束只能透过约200纳米的生物样品成像ღ★✿，需要将数微米厚的细胞减薄后观察ღ★✿，但这种减薄具有随机性ღ★✿，无法确保目标分子保留在切片里ღ★✿。为实现定向目标减薄细胞ღ★✿，纪伟团队研发出冷冻荧光导航减薄技术ღ★✿，这相当于给冷冻双束电镜安装了“导航定位系统”ღ★✿，可以高效地实现目标导向减薄ღ★✿。
围绕生物大分子研究前沿ღ★✿，生物大分子重点实验室主要布局生物大分子精密观测技术ღ★✿、生物大分子精确组装原理和生物大分子精准调控设计三方面研究ღ★✿。“对生物大分子而言幸福宝APP在线下载安装ღ★✿，这三方面研究分别对应观测它ღ★✿、理解它ღ★✿、利用它ღ★✿，在逻辑上密切关联ღ★✿、相互促进ღ★✿。”高璞说ღ★✿。
纪伟主要研发生物大分子精密观测技术ღ★✿，高璞主要研究的是生物大分子精确组装原理ღ★✿。“生物大分子及复合体是一切生命活动的执行者ღ★✿，这些分子机器活动出了问题ღ★✿，往往会引发疾病ღ★✿。”高璞告诉记者ღ★✿，有了精密的观测技术ღ★✿，科学家就能更好地研究生物大分子的有序组装及动态调控ღ★✿，搞清楚了这一过程ღ★✿，就能帮助科学家做好生物大分子精准调控设计ღ★✿，从而提出有效的应对策略ღ★✿。
比如幸福宝APP在线下载安装ღ★✿，面对异常核酸信号ღ★✿，宿主是如何进行免疫应答幸福宝APP在线下载安装ღ★✿，以及该过程是如何受到调控的？借助先进的生物大分子研究方法ღ★✿，高璞带领团队在该领域取得了一系列突破性进展ღ★✿，增进了人们对核酸免疫应答机制的理解ღ★✿。向极微观深入ღ★✿，在生物大分子重点实验室ღ★✿，这样的重要成果还有不少ღ★✿。
生物大分子重点实验室近年围绕三个方向产出了多项前沿研究成果ღ★✿。在精密观测技术方面ღ★✿，通过突破光学和电子显微成像的时空分辨率ღ★✿，实现光电关联成像ღ★✿，引领超分辨显微成像和生物电镜前沿技术的发展ღ★✿；在精确组装原理方面ღ★✿，揭示了光合作用ღ★✿、感染免疫ღ★✿、细胞器动态等多个重要生命过程中一系列全新的生物大分子组装调控原理ღ★✿；在精准调控设计方面ღ★✿，围绕新型疫苗设计ღ★✿、新药研发K8凯发集团ღ★✿、纳米酶设计应用等方面取得了一系列重要突破ღ★✿。
“生物大分子研究是培育发展新质生产力的重要手段ღ★✿。”高璞告诉记者ღ★✿，作为生命医学研究的制高点ღ★✿，生物大分子研究正在变革药物K8凯发集团ღ★✿、疫苗研发范式ღ★✿，未来市场规模巨大K8凯发集团ღ★✿，潜在经济价值很高ღ★✿，“不论是引领科学前沿ღ★✿，还是为研发药物和创新疫苗提供技术基础ღ★✿，生物大分子研究都是我们需要重视的关键领域K8凯发集团ღ★✿。”
“瞧ღ★✿，这是水稻幼苗根尖细胞一个切面的照片ღ★✿。仔细观察这张照片ღ★✿，我们能看到在突变体的细胞内ღ★✿，细胞壁形成物质的运输出现了问题ღ★✿，对这种现象深入研究ღ★✿，就可能找到调控水稻茎秆发育的新基因ღ★✿。”在中国农业科学院作物科学研究所（以下简称“农科院作科所”）的透射电子显微镜室ღ★✿，程治军指着照片向记者解释ღ★✿。
程治军是农科院作科所研究员ღ★✿，也是该所万建民院士领导的水稻功能基因组研究创新团队成员之一ღ★✿。在纳米尺度ღ★✿，观察不同材料样品的形态和结构ღ★✿，已经是万建民团队开展功能基因研究不可缺少的技术环节ღ★✿。
程治军告诉记者ღ★✿，水稻有5万多个基因ღ★✿，功能各不相同ღ★✿，水稻品种之间的“高矮胖瘦”ღ★✿，抗病ღ★✿、抗旱能力ღ★✿，品质ღ★✿、口感等特性差异ღ★✿，都源于基因型之间的差异ღ★✿。想筛选出优异的水稻品种ღ★✿，常规育种方法是在亲本杂交的基础上ღ★✿，根据大田表现ღ★✿，对后代表现型分离的单株进行选择ღ★✿。为了保证选出来的单株具有优异的性状ღ★✿，需要多年多点观察和试验ღ★✿，耗时长ღ★✿，且对表现型容易受环境影响性状的改良效率较低ღ★✿。“育种更像一门艺术ღ★✿，这一过程比较依靠经验ღ★✿，缺少针对性ღ★✿。”
功能基因组研究为水稻育种提供了新方法ღ★✿。“功能基因组研究重点关注基因的表达调控及其与环境的应答机制等ღ★✿，研究的是‘基因如何工作’ღ★✿。”万建民团队成员ღ★✿、农科院作科所研究员任玉龙说ღ★✿。
从微观着手ღ★✿，通过分子设计ღ★✿，有目的地聚合关键性状基因ღ★✿，优化目标品种的基因型ღ★✿，定向培育品种是未来高效育种之路K8凯发集团ღ★✿。
通过功能基因组研究方法ღ★✿，科研人员能够从理解基因入手ღ★✿，有针对性选育品种ღ★✿。比如ღ★✿，肾脏病患者不能食用可吸收蛋白含量高的稻米ღ★✿，科研人员便可以找到水稻中调控蛋白的基因ღ★✿，再通过诱变等方法ღ★✿，培育可吸收蛋白含量低的水稻ღ★✿。未来ღ★✿，科研人员可以通过分子设计的方式ღ★✿，精准地设计和培育需要的品种ღ★✿。
万建民是国内较早提出和实践水稻分子设计育种的科学家ღ★✿。在国内ღ★✿，万建民带领团队很早就布局功能基因组研究ღ★✿。经过多年持续攻关ღ★✿，团队挖掘了一批水稻重要农艺性状关键基因ღ★✿，研究成果有力推动了水稻功能基因组领域的原始创新ღ★✿，为水稻产业发展提供了科技支撑ღ★✿。其中ღ★✿，攻克“水稻杂种不育”难题是代表成果之一ღ★✿。
籼稻多种植于南方ღ★✿，粳稻多种植于北方ღ★✿。两者之间的遗传差异较大ღ★✿，杂种优势明显ღ★✿。据测算ღ★✿，如果籼稻和粳稻亚种间能育成超级杂交稻ღ★✿，预计可比现有杂交水稻增产15%以上ღ★✿。然而ღ★✿，籼粳杂种存在结实率低等问题ღ★✿，这一生殖隔离现象阻碍了杂种优势的利用ღ★✿。
怎么办？从分子层面入手ღ★✿，万建民带领团队历经30年潜心研究ღ★✿，阐明了水稻种间和种内“杂种不育”的分子机理ღ★✿，破解了水稻生殖隔离之谜ღ★✿。该突破被誉为水稻杂种不育领域的里程碑式成果ღ★✿，为生产上利用籼粳杂种优势奠定了理论基础ღ★✿。
“保障国家粮食安全ღ★✿，关键在农业科技创新ღ★✿。”任玉龙说ღ★✿，从农作物功能基因组研究的角度提出解决方案和应对的策略ღ★✿，有助于应对我国粮食生产中面临的重大问题ღ★✿，特别是社会经济结构转型时期的农业可持续发展和粮食安全问题ღ★✿。
“向极微观深入是探究物质世界K8凯发集团ღ★✿、生命本质及运行规律的重要途径ღ★✿。”中国科学技术发展战略研究院科技与经济社会发展研究所所长陈志说ღ★✿，由于微观层面的重大突破往往引发颠覆性技术变革ღ★✿，相关研究成为国际关注焦点ღ★✿。
受访专家表示ღ★✿，我国生物大分子研究积累比较深厚ღ★✿，其中ღ★✿，中国科学院生物物理研究所生物大分子重点实验室是国内外公认的前沿研究重要基地和学术高地ღ★✿。当前ღ★✿，生物大分子研究向更微观的领域挺进ღ★✿，对精密观测技术的要求将越来越高ღ★✿。“我们要开发更精密的观测技术ღ★✿，与国际同行一起ღ★✿，努力推动生物大分子观测从静态ღ★✿、体外观测向动态ღ★✿、原位观测升级ღ★✿。”纪伟说ღ★✿。
研究向极微观深入ღ★✿，多学科交叉融合日益重要ღ★✿。“生物大分子研究涉及数学ღ★✿、化学ღ★✿、物理学ღ★✿、生物学等不同专业的人才ღ★✿，营造鼓励合作的氛围ღ★✿，让科研人员围绕若干重大科学问题ღ★✿，发挥各自特长ღ★✿，取长补短就能实现1+12的效果ღ★✿，推动我国相关研究迈上新台阶ღ★✿。”纪伟说ღ★✿。
任玉龙告诉记者ღ★✿，随着研究的深入ღ★✿，功能基因组学将更加注重跨学科交叉ღ★✿。生物学ღ★✿、农学ღ★✿、计算机科学ღ★✿、数学等多领域的知识将相互融合ღ★✿，共同推动功能基因组学的发展ღ★✿。
推动农作物功能基因组学研究ღ★✿，种质资源是重要载体ღ★✿。国家农作物种质资源库保存着9万多份水稻种质资源ღ★✿。任玉龙说ღ★✿，水稻品种的每次更新迭代都离不开重大基因资源的发掘与利用ღ★✿。未来ღ★✿，团队将努力挖掘水稻重要农艺性状形成的关键基因ღ★✿，阐明其功能ღ★✿，构建高产优质等性状形成的分子调控网络ღ★✿，切实把资源优势转化为创新优势ღ★✿、产业优势ღ★✿。
向极微观深入ღ★✿，意味着研究的多是科学前沿的原创性工作ღ★✿。受访专家普遍建议ღ★✿，适应极微观科学研究趋势ღ★✿，把握未来科技创新发展主动权ღ★✿，应进一步加强对优秀团队的稳定支持ღ★✿，让科研人员安心做基础研究ღ★✿。
“科研仪器需要在迭代中不断升级完善ღ★✿，且必须要大家拧成一股绳ღ★✿。经过磨合搭配好的团队要保持稳定ღ★✿，才能持续出成果幸福宝APP在线下载安装ღ★✿。”纪伟告诉记者ღ★✿，“要给予科研人员更多的信任ღ★✿、更长的支持周期ღ★✿，鼓励他们‘十年磨一剑’做重大研究ღ★✿。”
程治军认为ღ★✿，基础研究做得好ღ★✿，分子育种的根基才更坚实ღ★✿，这往往需要长时间的积累ღ★✿。眼下ღ★✿，农业科研资助周期仍相对较短ღ★✿，给基础研究的空间还不够ღ★✿，“希望给予一批优秀团队长期稳定支持ღ★✿，鼓励他们探索有价值的研究ღ★✿。”（记者 喻思南）
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