《2020中国农业科学十大进展揭晓 有力助推保障“食物安全”》

  • 来源专题:转基因生物新品种培育
  • 编译者: 王晶静
  • 发布时间:2020-11-26
  • 11月20日中国农业农村科技发展高峰论坛暨中国现代农业发展论坛在南京举办。论坛上发布了《2020中国农业科学重大进展》(以下简称《进展》)。《进展》中共发布10项能够充分代表2019年我国农业科技前沿研究水平、取得重大突破性进展的基础科学研究成果,涵盖基因编辑技术在农业上的应用、替加环素新型耐药基因、非洲猪瘟病毒结构解析、土传病真菌和农业氮素管理等研究领域,将有力促进相关应用技术研究,进而保障我国粮食安全、生物安全、“舌尖上”安全和农业可持续发展。

    十项农业科学研究成果具体如下(排名不分先后):

    1.利用大刍草挖掘玉米密植增产基因。该研究由中国农业大学田丰团队主导,首次从玉米野生种大刍草中克隆了控制玉米紧凑株型、密植增产的关键基因,建立了玉米紧凑株型的分子调控网络。该研究为玉米理想株型分子育种、培育耐密高产品种提供了基因资源和理论基础。

    2. 利用基因编辑技术实现杂交稻自留种。该研究由中国农科院水稻研究所王克剑团队和中国科学院遗传与发育生物学研究所等单位合作,借助基因编辑技术将杂交稻中4个生殖相关基因敲除后,成功将无融合生殖特性引入到杂交稻当中,从而实现杂合基因型的固定。该研究首次在杂交稻中实现了杂交水稻无融合生殖从0到1的突破,为解决杂交种制种繁、留种难的行业难题提供了有效途径。

    3. 发现黄瓜分枝调控新基因。该研究由中国农业大学张小兰团队主导,发现侧枝调控新基因(CsBRC1),通过直接抑制生长素输出基因的功能,促使黄瓜侧芽中的生长素积累,从而抑制黄瓜侧枝的生长发育。该研究阐明了生长素和侧枝调控基因之间的直接联系,为调控侧枝的生长、促进黄瓜高效生产提供了新策略。

    4. 建立高杂合物种单倍型基因组组装的新方法。该研究由南京农业大学张绍铃团队主导,完成了梨花粉单细胞测序,自主开发了“条形-编码”(Bar-coding)的单倍型基因组组装技术,成功组装了高杂合梨两套单倍型基因组。该研究为复杂物种基因组的单倍型基因组组装及等位基因分析提供有效方法,推动植物基因组学的研究。

    5. 揭示反刍动物的进化及其独特性状的分化机制。该研究由西北工业大学王文团队主导,通过大尺度、跨物种、多组学大数据分析与实验的研究思路和手段,阐明了长期有争议的反刍动物进化关系和历史,解析了反刍动物复杂性状的遗传基础。该研究阐明了反刍动物多样性形成、演化和极端环境适应的分子机制,对牛羊品种选育、人类再生和癌症医学的研究具有重要启示。

    6. 发现两种可转移替加环素高水平耐药新基因。该研究由中国农业大学沈建忠院士团队联合江苏农科院王冉团队,发现了两种新可转移高水平替加环素耐药新基因tet(X3) 和tet(X4),揭示了替加环素耐药机制,该研究为后续新药设计和研发指明了方向。

    7. 解析非洲猪瘟病毒三维结构。该研究由中国科学院生物物理研究所王祥喜/饶子和团队和中国农业科学院哈尔滨兽医研究所步志高团队等单位合作,采用单颗粒三维重构的方法,首次解析了非洲猪瘟病毒全颗粒的三维结构,阐明了非洲猪瘟病毒独有的5层结构特征,揭示了病毒的组装机制,该研究为开发效果好、安全性高的非洲猪瘟新型疫苗奠定了坚实基础。

    8. 编辑感病基因培育抗白叶枯病水稻。该研究由上海交通大学陈功友研究团队主导,利用基因编辑技术,同步编辑水稻3个感病基因,获得了具广谱抗性的水稻新种质,能有效抵御水稻生产的头号细菌“杀手”白叶枯病害。该研究通过编辑多个感病基因,攻克了水稻传统抗病育种周期长、抗性易丧失的技术瓶颈,开辟了作物抗病育种的新途径。

    9. 解密土传病原真菌的强致病性。该研究由中国科学院微生物研究所郭惠珊团队主导,通过生化和双遗传试验,发现了土传病原真菌分泌几丁质脱乙酰酶、消除免疫原活性,成功规避植物免疫反应,表现出强大的致病性。该研究破解了土传病原真菌逃避植物寄主免疫反应的谜团,为深入解析土传病原真菌致病机理、开展靶向防控提供了分子基础。

    10. 构建我国氮排放安全阈值定量评估新方法。该研究由清华大学喻朝庆团队主导,首次探明了全国农业生产、氮排放和水环境质量的演化关系,量化了省级和全国尺度的氮排放安全阈值及超排量,明确了恢复水质的定量化管理目标。该研究解决了氮排放安全阈值研究缺乏可靠的定量评估方法问题,为中国氮素的安全管理与制定可持续发展战略提供了科学支撑。

    (来源:经济日报-中国经济网)

相关报告
  • 《科技热点 | “两院院士评选2023年中国/世界十大科技进展新闻”揭晓【中国科讯】》

    • 来源专题:数智化图书情报
    • 编译者:于彰淇
    • 发布时间:2024-01-14
    • 由中国科学院、中国工程院主办,中国科学院学部工作局、中国工程院办公厅、中国科学报社、山东省科学技术厅、烟台市人民政府承办的中国科学院院士和中国工程院院士投票评选的2023年中国十大科技进展新闻、世界十大科技进展新闻于2024年1月11日在山东烟台揭晓。 中国科学院副院长、党组成员常进,中国工程院副院长、党组成员钟志华,山东省委常委、烟台市委书记江成,山东省副省长、省政府秘书长宋军继出席会议并致辞。 常进、钟志华分别揭晓了2023年中国十大科技进展新闻和2023年世界十大科技进展新闻,并与江成、宋军继一同为2023年中国十大科技进展新闻入选团队颁发纪念证书及纪念牌。 中国科学院原党组副书记、中国科学技术大学原党委书记郭传杰,中国科学院原副院长、中国科学院院士詹文龙,以及来自中国科学院和中国工程院的多名院士一同出席发布会。 此项年度评选活动至今已举办了30次。评选结果经新闻媒体广泛报道后,在社会上产生了强烈反响,使公众进一步了解国内外科技发展的动态,对普及科学前沿知识起到了积极作用。 2023年中国十大科技进展新闻 01全球首座第四代核电站商运投产我国具有完全自主知识产权的国家科技重大专项——华能石岛湾高温气冷堆核电站示范工程12月6日商运投产,成为世界首个实现模块化第四代核电技术商业化运行的核电站,标志着我国在高温气冷堆核电技术领域实现了全球领先,对推动我国实现高水平科技自立自强、建设能源强国具有重要意义。 高温气冷堆是国际公认的第四代核电技术先进堆型,是世界核电未来发展的重要方向。在丧失所有冷却能力的情况下,不采取任何干预措施,反应堆都能保持安全状态,不会出现堆芯熔毁和放射性物质外泄。该示范工程是世界首座球床模块式高温气冷堆项目,位于山东省荣成市,由中国华能牵头,联合清华大学、中核集团共同建设,2006年被列入国家科技重大专项,2012年开工建设。中国华能集中产业链上下游优势资源,联合开展关键技术攻关和核心设备研制,研制出2200多套世界首台(套)设备,设备国产化率达93.4%。 02神舟十六号返回 空间站应用与发展阶段首次载人飞行任务圆满完成北京时间10月31日8时11分,神舟十六号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,现场医监医保人员确认航天员景海鹏、朱杨柱、桂海潮身体健康状况良好,神舟十六号载人飞行任务取得圆满成功。 神舟十六号载人飞船于2023年5月30日从酒泉卫星发射中心发射升空,随后与天和核心舱对接形成组合体。作为首批执行空间站应用与发展阶段载人飞行任务的航天员乘组,3名航天员在轨驻留154天,其间进行了1次出舱活动和中国空间站第四次太空授课活动,配合完成空间站多次货物出舱任务,为空间站任务常态化实施奠定了基础。 此次任务是我国载人航天工程进入空间站应用与发展阶段的首次载人飞行任务,在航天员乘组和地面科研人员密切配合下,开展了人因工程、航天医学、生命生态、生物技术、材料科学、流体物理、航天技术等多项空间科学实(试)验,在空间生命科学与人体研究、微重力物理和空间新技术等领域取得重要进展,迈出了载人航天工程从建设向应用、从投入向产出转变的重要一步。 03超越硅基极限的二维晶体管问世芯片是信息世界的基础核心,传统晶体管因接近物理极限而制约了芯片的进一步发展。原子级厚度的二维半导体理论上在未来节点更具潜力,但受限于其技术瓶颈,至今所有二维晶体管均不能媲美业界硅基器件。 北京大学彭练矛院士、邱晨光研究员团队构筑了10 纳米超短沟道弹道二维硒化铟晶体管。创造性地提出“稀土钇元素掺杂诱导二维相变理论”,并发明了“原子级可控精准掺杂技术”,从而成功克服了二维领域金属和半导体接触的国际难题,首次使得二维晶体管实际性能超过业界硅基10纳米节点Fin晶体管和国际半导体路线图预测的硅极限,并且将二维晶体管的工作电压降到0.5V,室温弹道率提升至所有晶体管最高纪录的 83%,研制出国际上迄今速度最快、能耗最低的二维晶体管。相关成果3月22日发表于《自然》。04我国科学家发现耐碱基因可使作物增产我国盐碱地面积达1亿公顷,占世界盐碱地总面积的近十分之一,全球气候变化、淡水缺乏及化肥大量使用,使可耕土地盐渍化速度加快。为了更好地利用盐碱地资源,中国科学院遗传与发育生物学研究所谢旗研究员科研团队与国内多家科研机构和院校合作,经过多年研究发现主效耐碱基因AT1,可以显著提高高粱、水稻、小麦、玉米、谷子等作物在盐碱地上的产量,且在改良盐碱地的综合利用中具有重大应用前景,有望为我国粮食安全发挥重要支撑作用。该成果3月24日发表于《科学》。05天问一号研究成果揭示火星气候转变在太阳系的行星中,火星与地球最为相似,火星的现状和演化历程,被认为可能代表着“地球的未来”,针对火星气候演化的探测研究长期以来备受关注。风沙作用塑造了火星表面广泛分布的风沙地貌、沉积,记录了火星演化晚期和近代气候环境特征和气候变化过程。但由于缺乏就位、近距离详细系统的科学观测,我们对火星风沙活动过程和记录的古气候知之甚少。 针对这一科学问题,中国科学院国家天文台李春来团队,联合中国科学院地质与地球物理所郭正堂团队、中国科学院青藏高原所、美国布朗大学和天问一号任务工程团队,瞄准火星乌托邦平原南部丰富的风沙地貌,利用环绕器高分辨率相机、火星车导航地形相机、多光谱相机、表面成分分析仪、气象测量仪等开展了高分辨率遥感和近距离就位的联合探测,提取了沙丘形态、表面结构、物质成分等信息,分析了其指示风向和发育年龄,发现了着陆区风场发生显著变化的层序证据,并与火星中高纬度分布的冰尘覆盖层记录有很好的一致性,揭示了祝融号着陆区可能经历了以风向变化为标志的两个主要气候阶段,风向从东北到西北发生了近70度的变化,风沙堆积从新月形亮沙丘转变为纵向暗沙垄。这一气候的转变,发生在距今约40万年前的火星末次冰期结束时,可能是由于自转轴倾角的变化,火星从中低纬度到极地地区,发生了一次“冰期-间冰期”的全球性气候转变。该项研究有助于增进我们对火星古气候历史的理解,为火星古气候研究提供了新的视角,也为地球未来的气候演化方向提供了借鉴。相关研究成果7月7日发表于《自然》。06我国首个万米深地科探井开钻5月30日上午,中国石油塔里木油田公司深地塔科1井开钻入地。深地塔科1井开钻,旨在探索万米级特深层地质、工程科学理论,标志着我国向地球深部探测技术系列取得新的重大突破,钻探能力开启“万米时代”。 深地塔科1井位于新疆阿克苏地区沙雅县境内,紧邻埋深达8000米的富满10亿吨级超深油气区。这口井设计井深1.11万米,设计钻完井周期457天,将创造全球万米深井钻探用时最快纪录。 该井采用的是我国自主研制的全球首台1.2万米特深井自动化钻机。与普通钻机相比,这台钻机的载重提升能力由三四百吨提高到最大900吨,相当于能同时吊起150头6吨重的成年大象。为保障万米级特深井“打成、打快、打好”,中国石油攻关研发智能控制一体化平台、钻井自主决策工控系统、超高重载井架底座等一批关键核心技术装备,自主研制国际领先的智能钻机,成功产出1.2万米特深井自动化钻机,为万米深地工程科学探索研究提供装备和技术保障。07液氮温区镍氧化物超导体首次发现7月12日,《自然》杂志刊登了中山大学王猛教授团队与清华大学、华南理工大学等单位合作的成果:首次发现在14 GPa压力下达到液氮温区的镍氧化物超导体。这是由我国科学家率先独立发现的全新高温超导体系,是人类目前发现的第二种液氮温区非常规超导材料,是基础研究领域的重要突破。 这一研究成果将有望推动破解高温超导机理,使设计和预测高温超导材料成为可能,使超导在信息技术、工业加工、电力、生物医学和交通运输等领域实现更广泛的应用。08FAST探测到纳赫兹引力波存在证据由中国科学院国家天文台等单位科研人员组成的中国脉冲星测时阵列研究团队,利用中国天眼FAST,探测到纳赫兹引力波存在的关键性证据,表明我国纳赫兹引力波研究与国际同步达到领先水平。相关研究成果于北京时间6月29日在我国天文学术期刊《天文与天体物理研究》在线发表。12月14日,相关成果入选《科学》杂志2023年度十大科学突破。 当前,纳赫兹引力波研究已经成为物理和天文领域国际竞赛的焦点之一。然而,纳赫兹引力波频率极低、周期长达数年,其波长可达数光年,对它的探测极具挑战性。利用大型射电望远镜对一批自转极其规律的毫秒脉冲星进行长期测时观测,是目前已知唯一的纳赫兹引力波探测手段。 值得一提的是,欧洲脉冲星测时阵列—印度脉冲星测时阵列、北美纳赫兹引力波天文台和澳大利亚帕克斯脉冲星测时阵列等脉冲星测时阵列合作组也在同一时间宣布了相似的结果。据中国科学院国家天文台研究员、北京大学研究员李柯伽介绍,国际上4个团队分别独立获得纳赫兹引力波存在的关键证据,这使得研究结果可以相互印证,进一步提高了这一成果的准确性。09世界首个全链路全系统空间太阳能电站地面验证系统落成启用空间太阳能电站(SSPS)是解决能源危机、实现可持续发展的终极答案之一。工程院旗舰刊物《Engineering》于2023年11月30日系统报道了西安电子科技大学段宝岩院士团队完成的逐日工程——世界首个全链路、全系统SSPS地面验证系统,阐述了欧米伽SSPS创新设计方案、理论创新、技术突破、工程实现及实验结果。远距离高功率微波无线传能效率(距离55m,发射2081瓦,波束收集效率87.3%,DC-DC传输效率15.05%)与功质比等主要技术指标世界领先。 逐日工程突破的远距离高功率微波无线传能技术,应用前景广阔。在太空,可助力构建空间能源网、空间充电桩,破解空间算力、星上信息处理、空间攻防及超远程探测的供电难题。在陆海空,可为空中飞艇、无人机群、海上移动平台、灾害及边远区域无线供电。10科学家阐明嗅觉感知分子机制大多数动物(包括人类)均拥有一套主嗅觉系统来识别挥发性的气味分子。大量的嗅觉受体通过“组合编码”的气味识别方式,帮助动物识别数以万亿计的气味分子。嗅觉受体可以分为三个家族,第I类是气味受体(OR)家族,第II类是痕量胺相关受体(TAAR)家族,OR和TAAR都属于A类G蛋白偶联受体(GPCR)家族,第III类是非GPCR嗅觉受体。 山东大学孙金鹏教授团队和上海交通大学医学院李乾研究员团队合作,应用冷冻电镜技术解析了TAAR家族成员之一的小鼠TAAR9(mTAAR9)受体在4种不同配体结合条件下与Gs/Golf(嗅觉特异性Gα)蛋白三聚体复合物的结构,进一步结合药理学分析揭示了mTAAR9感知配体后被激活的分子机制。同时,该研究也提出了嗅觉受体“组合编码”识别配体的结构机制,阐明了II类嗅觉受体独特的激活方式。 该研究阐释了II类特异嗅觉受体感知气味的分子机制,为嗅觉受体家族识别配体奠定了理论基础,对开发靶向嗅觉受体的新药也有重要意义。相关研究成果5月24日发表于《自然》。 2023年世界十大科技进展新闻 01科学家绘制迄今最全人脑细胞图谱10月13日,刊发在美国《科学》《科学进展》和《科学-转化医学》杂志上的21篇论文公布并阐释了迄今最全的人类大脑细胞图谱。多国科学家参与的这一系列研究揭示了3000多种脑细胞类型的特征,将有助于深入理解人类大脑的独特之处并推进脑部疾病和认知能力等研究。 据悉,上述研究是美国国立卫生研究院“推进创新神经技术脑研究计划——细胞普查网络”的一部分,该计划于2017年启动,此次发表的论文是数百名科学家利用最先进的分子生物学技术进行的一系列合作研究的成果。科学家表示,这项研究为人们理解人类大脑的结构和功能提供了宝贵信息,将有助于进一步的研究和临床应用。它代表了科学界在解开大脑奥秘方面的重大突破,为未来的神经科学研究开辟了新方向。02人工智能首次成功从零生成原始蛋白质1月26日,美国Salesforce Research、Profluent Bio等机构在《自然-生物技术》上发表了一项研究成果,该研究创建了一个能够从头开始生成人造酶的人工智能(AI)系统。在实验室测试中,尽管人工生成的氨基酸序列与任何已知的天然蛋白质存在显著差异,但其中一些酶与自然界中发现的酶一样有效。 该实验表明,虽然自然语言处理是为读写语言文本开发的,但至少可以学习一些生物学的基本原理。Salesforce Research公司开发了名为ProGen的人工智能程序,使用下一代标记预测将氨基酸序列组装成人造蛋白质。 科学家表示,这项新技术可能比获得诺贝尔奖的“蛋白质设计技术——定向进化”更为强大,它将加速新蛋白质的开发,为已有50年历史的蛋白质工程领域注入活力。这些新蛋白质几乎可以用于从疾病治疗到降解塑料的任何领域。03全球最大实验性核聚变反应堆开始运行12月1日,欧洲聚变能组织(F4E)发布消息称,欧洲和日本共同建造和运营的核聚变反应堆JT-60SA正式投入运行。该反应堆为托卡马克装置,始于2007年,于2020年完成组装,并于今年10月23日点火成功。该装置位于日本量子科学技术研究开发机构(QST)那珂研究所,被视为世界上最先进的托卡马克,其启动运行是核聚变历史上的一个里程碑。 JT-60SA计划是国际热核聚变实验反应堆计划(ITER,又称“人造太阳”计划)的先行项目。JT-60SA反应堆的目标是研究聚变作为一种安全、大规模和无碳的净能源的可行性,使它所产生的能量比消耗的能量更多。这两个项目的最终目标都是使内部的氢核融合成氦,以光和热的形式释放能量,模拟太阳内部发生的过程。 据悉,核聚变可以通过不同的方式进行,其过程都比核裂变清洁度更高,不会产生放射性废物。如果实现经济的聚变反应,将大大减少甚至完全消除人类对化石燃料的依赖。04OpenAI正式发布GPT-43月15日,OpenAI发布了多模态预训练大模型GPT-4,这是其大型语言模型的最新版本。与此前的版本相比,GPT-4具备强大的识图能力,文字输入限制也提升至2.5万字;GPT-4的回答准确性也显著提升,还能够生成歌词、创意文本从而实现风格变化。同时,GPT-4在各类专业测试及学术基准上也表现优良。 OpenAI称,该公司花费6个月的时间,利用对抗性测试程序和ChatGPT的经验教训迭代调整GPT-4,从而在真实性、可操纵性和拒绝超出设定范围方面取得了有史以来最好的结果。 GPT-4的发布是人工智能应用的一个里程碑事件,人工智能可实现的功能越来越丰富,未来或将成为人类得心应手的工具。05卫星首次成功向地球传送太阳能 证明天基能源可信性6月1日,美国加州理工学院宣布,1月发射的一颗卫星已将微波束的能量导向太空中的目标,甚至还将一部分能量发送到地球的探测器上。该项目联合主任、加州理工学院电气工程师Ali Hajimiri指出:“这次的实验是一次概念验证,它表明了整个系统能够做什么。” 该任务旨在更进一步开发轻便、廉价和灵活的部件。微波发射器是一个由32个平面天线组成的阵列,排列在比餐盘稍大的表面上。通过改变发送到不同天线的信号的时间,研究人员可以控制阵列的波束。他们把它对准一对微波接收器,然后随意将光束从一个接收器切换到另一个接收器,并点亮每个接收器上的LED。 作为一种清洁、可再生的能源技术,天基太阳能利用技术被认为是实现零碳排放的可靠途径。06人类眼球首次移植成功美国纽约大学兰贡医疗中心的外科团队11月9日宣布,他们成功完成了世界上首次眼球移植手术。该手术由爱德华多·罗德里格斯带领的团队完成,为遭受严重眼部损伤的阿伦·詹姆斯恢复了部分视力。 据悉,移植手术于今年5月进行,用时约21小时。手术过程中,外科团队从眼球供者的骨髓中提取成体干细胞,并在移植过程中将其注射到受者的视神经中,以期能取代受损的细胞并保护视神经。该团队表示,在手术后的六个月里,移植的眼球显示出明显的健康迹象,如血管功能良好等。尽管这只移植的眼球尚未恢复视力,但该团队认为,这一突破性成果将有助于相关医学领域的发展。目前该团队正在跟进监测,并期待找到这只眼球恢复视力的所有可能。07迄今最小粒子加速器问世10月18日,德国埃尔朗根-纽伦堡大学的研究团队成功制造出了世界上最小的粒子加速器,其长度仅为0.2毫米,可以装在笔尖上。相关研究成果已发表在《自然》杂志上。 这一设备是第一个能够快速且聚焦良好的产生电子束的微型加速器,可将电子加速到每秒10万公里。该加速器采用了光波来加速粒子,通过数千根2微米高的硅柱排列成两条平行线,形成了一个狭窄的电子束。当他们制造出一个0.5毫米长的版本时,发现可以以更快速度加速电子,使电子携带的能量增加43%。 这种新技术有望应用于医学领域,为医生提供新的治疗工具或为生物实验室提供小型消毒工具。这一创新为医学领域提供了新的可能性,未来我们可以期待更多关于小型粒子加速器的研究和应用。08科学家首次实现单原子X射线探测来自美国俄亥俄大学、阿贡国家实验室、伊利诺伊大学芝加哥分校等机构的科学家,首次拍摄到了单原子X射线信号,相关研究5月31日刊登于《自然》。 在最新研究中,阿贡国家实验室的韦·哈拉等人将一个铁原子和一个铽原子插入各自的分子宿主内。为检测单个原子发出的X射线信号,他们在X射线探测器内加入了一个由位于样品附近的尖锐金属尖端制成的专用探测器来收集X射线激发的电子。当X射线照射到原子上时,核心能级的电子被激发,并通过重叠的原子/分子轨道隧穿到探测器尖端,获得的光谱能揭示原子的相关信息。 研究团队强调,这项突破将为X射线和纳米科学领域开辟新天地。使用X射线检测和表征单个原子可能会催生量子信息、环境和医学研究微量元素检测等领域的新技术。这一成就也为研发先进的材料科学仪器开辟了道路。09全球首张昆虫大脑“地图”绘制完成来自英国剑桥大学、美国约翰斯·霍普金斯大学等多家顶尖机构的研究人员,首次完整地对“果蝇幼虫”的大脑连接组进行重建,绘制出第一张完整的昆虫大脑图谱,包括所有神经元和突触。这是了解大脑如何处理感官信息流并将其转化为行动的里程碑式成就。3月10日,《科学》杂志发表了这项研究成果。 研究团队使用高分辨率电子显微镜扫描了果蝇幼虫的数千张大脑切片,在计算机分析的辅助下,最终生成的图谱包含3016个神经元和54.8万个突触。他们还开发了计算工具,以识别昆虫大脑中可能的信息流路径和不同类型的电路图案。 这是有史以来第一张昆虫大脑“地图”,也是神经科学领域的一项里程碑式成就,使科学家更接近对思维机制的真正理解,为未来的大脑研究提供支持,并且还可能激发新的机器学习架构。10人类泛基因组首张草图发布5月10日,《自然》杂志发表了人类泛基因组参考的“初稿”,在3篇论文的合集中,人类泛基因组参考联盟(Human Pangenome Reference Consortium)发布了首张人类泛基因组参考草图,以及两个以这一参考图为基础的新遗传学研究发现。 2003年,科学家们宣布,人类基因组序列图谱绘制成功。2022年,首个完整人类基因组序列发布,填补了人类基因组计划留下的空白。与前述两次基因主要来源于一个人不同,“泛基因组”草图是包括非洲、亚洲、美洲和欧洲的全球多地47人的脱氧核糖核酸(DNA)合集,地域和种族构成更多元化。 研究人员指出,与使用原始的线性参考基因组相比,“泛基因组”使他们能够识别出更多的基因结构变异,比如基因复制或缺失等较大的基因组变动。研究人员计划不断完善人类基因组图谱,旨在到2024年年中对350人进行测序。
  • 《2020十大新兴技术揭晓》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-11-18
    • 全世界都在竞相研发新冠肺炎疫苗,而前景令人鼓舞,我们可能会在破纪录的时间内研发出疫苗。但在未来新冠疫情仍在蔓延的情况下,技术能帮助我们更快地实现目标吗? 世界经济论坛和《科学美国人》杂志本月10日共同发布的一份最新报告——《2020十大新兴技术》表明,答案是肯定的。 数字复制品是人类疫苗志愿者的高科技替代品,它可以使临床试验更快、更安全。但根据这份报告,数字复制品并不是唯一将撼动工业、医疗、交通等人类社会方方面面的创新。 这份报告揭示了2020年十大新兴技术——由世界经济论坛和《科学美国人》杂志召集的国际专家指导小组从75项技术提名中选出。 从电动飞机到可以“看见”拐角处物体的量子传感器,专家在筛选这十大新兴技术时称,这些技术必须有潜力超越现在,并在将来刺激社会和经济的进步。它们还必须足够新颖(也就是说,目前还没有被广泛使用),但很可能在未来三到五年内产生重大影响。 以下是报告选出的2020年十大新兴技术。 1、微针——实现无痛注射和抽血 这些细小的针头不超过一张纸的厚度和一根头发的宽度,却可以帮我们实现无痛注射和抽血。微针可以穿透皮却不会触碰神经末梢,并可以附着在注射器或贴片上,甚至可以混入乳膏中。从此,人们足不出户就可在家中完成抽血,然后可将血液样本送到实验室或当场进行分析。此外,微针技术还能节约设备和人力成本,让医疗服务不足地区的人们更易获得医疗服务。 2、太阳能化学——将二氧化碳变废为宝 生产我们依赖的许多化学药品都需要化石燃料。但是一种新方法有望通过利用阳光将废二氧化碳转化为有用的化学物质来减少化石燃料的排放。近年来,研究人员开发了能打破二氧化碳中碳与氧之间抗性双键的光催化剂。这意味着我们朝建立“太阳能”精炼厂的方向迈出了关键第一步。该精炼厂可从废气中生产有用的化合物,包括“平台”分子,这些分子可用作合成各种产品(如药品、洗涤剂、化肥和纺织品)的原料。 3、虚拟病人——代替真人临床试验 如果将真人替换为虚拟的人以使临床试验更快速、更安全的目标听起来很容易,那么其背后的科学原理却绝不简单:从人体器官的高分辨率图像中获取的数据被输入到控制器官功能机制的复杂数学模型中,然后,计算机算法进行解析得到方程,从而生成一个行为与真实器官一样的虚拟器官。这种虚拟器官或身体系统可以在最初的药物和治疗评估中取代真人,使评估过程更快、更安全、更便宜。 4、空间计算——下一代的“大事件” 空间计算是将虚拟现实(VR)和增强现实(AR)应用程序整合在一起的物理和数字世界的下一个步骤。与VR和AR一样,它可以对通过云连接的对象进行数字化处理,使传感器和马达相互反应,并创建真实世界的数字表示形式。如今它又增加了空间映射功能,使计算机“协调器”可以跟踪和控制人在数字或物理世界中移动时物体的运动和交互。该技术将为工业、医疗、交通和家庭中的人机交互方式带来新的发展方向。 5、数字医学——更好地诊断和治疗疾病 数字医学不会很快取代医生,但是监视病情或管理疗法的应用程序可以提高他们的护理水平,并为获得医疗服务机会有限的患者提供支持。许多智能手表已经可以检测出佩戴者的心律是否不规则,科学家正在研究类似可以帮助缓解患者呼吸障碍、抑郁、阿尔茨海默氏症等病症的工具。含有传感器的药丸也正在研发中,这些药丸将数据发送到应用程序,以帮助检测体温、胃出血和癌性DNA等。 6、电动航空——实现航空旅行脱碳 电力推进将使航空旅行减少碳排放,大幅削减燃料成本并降低噪音。从空客(Airbus)到NASA,许多组织都在研究这一领域的技术,尽管长途电动飞行可能仍遥遥无期,并且存在成本和监管方面的障碍,但这一领域仍有大量投资。大约有170个电动飞机项目正在开发中,主要用于私人、公司和通勤旅行。 7、低碳水泥——帮助应对气候变化 如今,全球每年生产约40亿吨水泥,而这一过程中燃烧化石燃料的排放量约占全球二氧化碳排放量的8%。随着未来30年城市化进程的加快,这一数字将增至50亿吨。研究人员和初创企业正在研究低碳方法,包括调整生产水泥过程中所用成分的平衡,采用碳捕获和存储技术以消除排放物,以及将水泥从混凝土中全部清除。 8、量子传感——让汽车“看见”拐角 想象一下可以“看见”拐角处物体的自动驾驶汽车,或可以监视人的大脑活动的便携式扫描仪。量子传感可以使这些想象成为现实。量子传感器通过利用物质的量子性质,以极高的精确度进行操作,例如,将处于不同能量状态的电子之间的差异用作基本单位。这些系统大多数都是复杂且昂贵的,但是科学家正在开发更小、更实惠的设备,并将可能会开拓新的用途。 9、绿色氢气——填补可再生能源巨大空白 氢气燃烧时,唯一的副产品是水,而当通过可再生能源进行电解制氢时,氢气就变成“绿色”无污染的了。今年早些时候,有人预测,到2050年,绿色氢能源行业的潜在市场规模可能接近12万亿美元。为什么?因为它可以通过帮助降低运输和制造业等部门的碳含量而在能源转型中发挥关键作用,而这些部门由于需要高能燃料而难以电气化。 10、全基因组合成——或将改变细胞工程 设计基因序列所需技术的改进使打印越来越多的遗传物质和更广泛地改变基因组成为可能。这可以让人们深入了解病毒是如何传播的,或有助于生产疫苗和其他治疗方法。在未来,它可以帮助可持续地从生物质或废气中生产化学品、燃料或建筑材料。它甚至可以让科学家设计抗病原体的植物,或者让我们编写自己的基因组。这为遗传病的治疗打开了新大门。 世界经济论坛称,将通过其技术先锋社区和全球未来理事会网络等工作,支持并帮助推动这种对经济增长和社会未来福祉至关重要的创新。