哈佛大学的研究团队开发了一种创新的微波光学量子换能器，旨在为噪声敏感的微波量子计算机提供强大的光学接口。这一装置弥合了微波与光子之间的能量差异，使数公里外的光信号能够控制微波量子比特，是首个仅依赖光学手段控制超导量子比特的设备。其成功标志着模块化、分布式量子计算网络的重要进展。 该换能器利用铌酸锂材料的独特属性，通过连接微波谐振器与两个光学谐振器来实现能量交换，消除了传统微波电缆的需求。这种2毫米大小的装置被安装在一个约2厘米长的芯片上，不仅可用于控制量子比特的状态，还能读取状态或直接建立链接，将量子信息转化为稳定的光包。 研究强调，光子因其低损耗和高带宽特性，是未来量子网络中最佳的信息载体。尽管完全实现这些系统仍需时间，但找到扩展和组件间交互的有效途径至关重要。未来的研究计划包括利用光可靠地产生并分配微波量子比特间的纠缠态，这将进一步推动低损耗、高功率光网络连接的超导量子处理器的发展。

从西班牙比利牛斯山脉雷东湖提取的沉积岩芯中的古DNA分析显示，人类可能在公元7世纪就开始在该湖中放养鱼类，这一时间比史料记载的14~15世纪要早得多。这项研究由西班牙生态研究与林业应用中心的Elena Fagin及其同事进行，他们分析了一段30厘米长的沉积岩芯，时间跨度达3200年。尽管岩芯中没有保存鱼的DNA，但通过检测鱼寄生虫和鱼猎物的DNA，研究人员确认了鱼类存在的早期迹象。 研究发现，最早的鱼寄生虫DNA出现在公元7世纪，而更持续的信号则从公元9世纪开始。这一发现比史料中关于该区域鱼类放养的最早记录早了约500年，并与附近的考古证据相符，后者显示该地区在晚期罗马和西哥特时期被用作绵羊牧场。 研究者认为，尽管周围人群发生了变化，但湖中的鱼类种群却一直保持相对稳定，可能是由于气候趋势的影响。这一研究突显了古DNA在揭示人类历史活动中的潜在价值，并帮助理解人类定居高山生态系统所带来的影响。相关研究成果已发表于《自然-通讯》期刊。

    转座子（TEs）是真核生物基因组中广泛存在的DNA重复序列，约占水稻基因组的35%。转座子是植物产生遗传变异的重要来源，通过多种机制调控基因表达及表型变异。水稻的泛转座子变异图谱研究表明，转座子在水稻驯化和育种性状改良方面发挥重要作用。     近日，中国科学院院士、遗传与发育生物学研究所研究员李家洋带领的科研团队，联合崖州湾国家实验室的研究人员，在《植物生物技术杂志》（Plant Biotechnology Journal）上在线发表了题为Generation of OsGRF4 and OsSNAC1 alleles for improving rice agronomic traits by CRISPR/Cas9-mediated manipulation of transposable elements的研究论文。该研究通过对水稻基因OsGRF4或OsSNAC1的非编码区进行转座子编辑，实现了对目的基因表达的精确调控。同时，该研究创制的优良等位基因为作物遗传育种提供了新策略。     微型反向重复转座子（MITEs）是短小而非自主的DNA转座子，是水稻基因组中数量较多的转座元件，且与至少58%的水稻基因相关。研究表明，MITEs是水稻基因表达变异的主要驱动因素之一，而利用MITE插入多态性进行全基因组关联研究有助于挖掘并控制农艺性状的潜在基因。 该研究推测，通过CRISPR/Cas9基因编辑技术设计基因非编码区的MITEs转座子分布可以上调或下调目标基因的表达，从而创制新的基因等位基因型以改良水稻性状。为验证这一设想，科研人员选择水稻中的生长调节因子4基因OsGRF4和胁迫响应基因OsSNAC1进行研究。研究显示，OsGRF4可正向调控水稻产量的相关性状，在其终止密码子下游的1200bp内插入一个294-bp的PIF/Harbinger超家族MITE；OsSNAC1可以增强水稻的耐盐性，但在其上下游非翻译区未检测到MITE。研究发现，水稻某些基因下游非编码区中的MITE可以介导靶基因的翻译抑制。因此，研究认为，通过CRISPR/Cas9技术删除OsGRF4下游非翻译区中的MITE，可以创制出过表达的等位基因型。研究针对OsGRF4基因的MITE靶区域，设计构建了2个CRISPR/Cas9 sgRNAs，并对其进行编辑。科研人员对得到的无转基因的纯合突变体进行分析发现，OsGRF4基因的MITE删除，提高了OsGRF4mite突变体中靶蛋白的丰度，并改善了与产量相关的农艺现状。水稻基因上游非翻译区中的一些MITEs可作为增强子，如miniature Ping (mPing) TE可以增强盐胁迫响应基因的转录水平。因此，研究人员尝试将430-bp的mPing插入耐盐基因OsSNAC1的上游非翻译区。进而，科研人员剖析得到的纯合突变体发现，OsSNAC1基因的MITE插入，提升了盐胁迫下OsSNAC1MITE突变体中靶基因的转录水平，并增强了它的耐盐性。上述成果为转座子驱动的作物遗传育种提供了新途径。研究工作得到科技创新2030-重大项目、国家自然科学基金及海南省相关项目的支持。

    冬小麦是重要的粮食作物之一。然而，气候变化导致世界范围冬小麦主产区变得更加干旱。抗旱作物品种的选育是应对干旱对作物生产影响的重要措施。提升作物抗旱性需要维持作物在有限供水下的生存和繁殖能力，更需要提升其收获籽粒产量的能力。针对大量遗传育种材料和品种，获取不同供水条件下的籽粒产量周期长、投入大，并受到年际生长环境变化影响。找到简单、准确、快速预测作物品种抗旱性的方法，能够提高作物抗旱品种选育的效率。     中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心张喜英团队在2016年至2021年的5个冬小麦生育期，在中国科学院栾城农业生态系统试验站对10个冬小麦品种在严重缺水、中度缺水和正常供水3个供水水平下进行田间试验，并进行3个生长期的苗期温室控制试验，比较品种抗旱性鉴定结果。     研究显示，在田间生长条件下，品种的抗旱节水特征受年型影响。通过单一指数或基于单个季节结果筛选的抗旱性存在差异。研究基于7个指标进行主成分分析和分级聚类分析，将10个品种分为4种干旱响应类型。籽粒产量水平田间生长条件下的抗旱性分类，与温室苗期生长条件下生物量抗旱分类高度一致。冬小麦品种在不同供水条件下的苗期生物量，可用于预测田间种植条件下的最终品种产量表现和水分利用特征。精确控制的温室盆栽试验可以放大不同小麦品种的用水特性以进行评估。气孔调控能力强的品种具有较高的抗旱性和生物量产量。在田间生长条件下，冠层温度较低、根系生长较深、根/冠比高、水分胁迫下气孔导度维持能力强，与作物品种抗旱性呈正相关关系。上述成果为不同生长条件下抗旱冬小麦品种的鉴选提供了参考方法和指标。     相关研究成果以Water use characteristics and drought tolerant ability of different winter wheat cultivars assessed under whole growth circle and at seedling stage为题，在线发表在Agricultural Water Management上。研究工作得到国家重点研发计划和河北省相关项目的支持。

    有性生殖是生物适应复杂多变环境的重要方式，也是物种延续与生物多样性形成的关键。生殖细胞即雌、雄配子的产生是生物完成有性生殖的前提。长期以来，植物生殖细胞研究聚焦于孢子体世代占优势的种子植物类群，但在以配子体为主世代的苔藓植物中，生殖细胞发生和发育机制研究不足，限制了科学家对陆地植物生殖细胞演化机制和规律的认识。     中国科学院植物研究所徐波研究组及合作者发现了调控地钱生殖系细胞命运决定的关键因子——GERMLINE?IDENTITY?DETERMINANT（MpGLID）。该基因功能缺失导致无法形成生殖系细胞，但不影响营养生长和生殖结构的分化。MpGLID基因的异位表达，在叶状体中诱导产生具有生殖系细胞特征的细胞团。     进一步，研究发现，调控地钱生殖器官发育起始的关键因子BONOBO通过直接结合MpGLID启动子区正向调控其表达，介导地钱生殖系细胞身份决定。研究通过对BNB-GLID遗传模块进行演化分析发现，陆地植物最近的共同祖先已演化出介导生殖系细胞身份建立的BNB-GLID调控模块，并在苔藓植物中得到保留。同时，在陆地植物后续的演化过程中，随着单倍体世代被逐渐压缩，这一模块发生精简。也就是说，GLID在配子体世代中的功能丢失，并在孢子体世代中发生功能分化被招募调控绒毡层发育，而BNB在配子体世代中的功能则被保留。     与当前的普遍认知不同，该研究发现了调控生殖系细胞命运决定的遗传机制在陆地植物中并不保守，并提出了雌雄配子演化的新观点。这为探讨陆地植物生殖细胞演化和花粉起源提供了新见解，并为基因新功能化是植物孢子体世代复杂化的重要方式提供了例证。     近期，相关研究成果在线发表在《植物细胞》（The Plant Cell）上。研究工作得到国家自然科学基金创新研究群体项目等的支持。