肠道干细胞 (Intestinal stem cells, ISCs) 是肠道上皮更新及肠道肿瘤的原动力，当受到损伤时，它们会快速补充丢失的库存，从而支持上皮的修复或肿瘤的再生过程。 揭示这种可塑性的机制对于肠道健康至关重要。近年来，研究表明代谢途径可以控制稳态下干细胞的命运，但是代谢对于ISCs损伤后再生的作用尚不明确。在本研究中，我们发现miR-29a和miR-29b (miR-29a/b) 在人结直肠肿瘤数据库中是与肠道成瘤及放疗后不良愈后高度相关的代谢调控因子。 我们还发现，这两种小RNA对维持小鼠肠道干性所必需的，并且它们的表达会在辐照损伤后的新生ISCs中升高，驱使ISCs的命运从分化向自我更新转移。ISCs中上调的miR-29a/b 会抑制脂肪酸氧化 (fatty acid oxidation, FAO), 降低氧化磷酸化水平，从而调控ISCs的分化更新平衡。 敲除 miR-29a/b 会妨碍上述作用，导致ISCs介导的肠道上皮修复受阻。最后，我们筛选了miR-29a/b的潜在靶点，确定了转录因子Hnf4g 为关键靶基因，能够通过调控FAO相关酶的表达来实现代谢重塑。该研究为ISCs介导的再生提供了一个重要的代谢调控机制，并为肠道修复及肿瘤治疗挖掘了更多针对性的有效策略
随着全球人口逐渐老龄化，了解老年人蛋白质利用效率的变化变得愈发重要。我们的研究深入探讨了蛋白质摄入与衰老之间的复杂联系，并着重关注了老年人的精准营养需求。通过Meta分析，我们证实了老年人蛋白质利用能力下降，并研究了植物和动物蛋白质摄入后的不同变化。在针对不同年龄小鼠的实验中，我们发现老年小鼠对四种蛋白质（酪蛋白、牛肉蛋白、大豆蛋白和谷蛋白）的利用率均有所下降，特别是对酪蛋白的表观消化率降低最为明显。因此，我们选择酪蛋白作为进一步研究的重点。通过肽组学分析和检测胃蛋白酶水平，我们发现老年小鼠的胃消化功能有所减弱，但这种减弱对整体蛋白质消化的影响并不显著。随后，我们利用氨基酸代谢组学技术发现，氨基酸的异常吸收是老年人蛋白质利用率下降的一个潜在原因，特别是支链氨基酸（BCAAs）的吸收减少。通过蛋白质组学研究，我们发现老年人和老年小鼠中的大型中性氨基酸转运蛋白2（LAT2）表达量减少了60%以上，这是导致BCAAs利用率降低的关键因素。综上所述，我们的研究揭示了LAT2在氨基酸吸收途径中对老年人蛋白质利用的重要性，并为提高老年人蛋白质利用率提供了新的理论依据。
由损伤、疾病和衰老引起的器官损伤或衰竭，由于人体有限的再生能力，带来了重大挑战。器官移植面临供体短缺和免疫排斥风险等问题，因此迫切需要创新的解决方案。按需的3D生物打印器官在组织工程和再生医学中展现了巨大的前景。在本综述中，我们探讨了最先进的生物打印技术，重点关注生物墨水和细胞类型的选择。随后，我们讨论了实心器官（如心脏、肝脏、肾脏和胰腺）生物打印的最新进展，强调了血管化和细胞整合的重要性。最后，我们对生物打印器官的临床转化以及其大规模生产中的关键挑战和未来方向提供了见解
在作物功能基因组学、数字育种与智慧栽培等的需求牵引下，作物表型组学近年来发展迅速。然而，作物表型组学技术及装备产品的研发与应用缺乏标准规范已成为限制作物表型产业高质量发展的瓶颈问题。本文从作物表型产业出发，绘制了作物表型组大数据技术及装备产业图谱，并分析了作物表型标准体系构建的必要性和现状，探讨作物表型组大数据技术及装备标准体系的构建目标，提出标准体系的组织结构，从作物表型硬件装备研发、作物表型数据采集和作物表型数据存储管理三方面探讨标准制定的技术要点。最后围绕如何推进标准体系构建和标准的评价等进行讨论和展望，以期为作物表型标准体系的构建提供思路。
糖氨基转移酶（Sugar aminotransferase, SAT）可在特定酮糖的结构上引入氨基，生成具有生物学活性的氨基糖。这一特性已被应用于氨基糖的人工设计合成。例如，利用糖氨基转移酶WecE将井冈霉烯酮转化为高价值的α-葡萄糖苷酶抑制剂井冈霉烯胺。然而，WecE的低热稳定性及其对非天然底物催化活性不足限制了该应用。受限于广泛存在的“酶稳定性-活性trade-off”（Stability-activity trade-off）效应，同时提升酶热稳定性和催化活性具有技术挑战。为了实现WecE热稳定性和催化活性的高效进化，我们使用进化保守性和平均突变折叠能等指标对WecE活性中心57个氨基酸残基进行评估，筛选到14个有助于同步提升热稳定性和催化活性的潜在热点，并采用组合活性中心饱和突变-迭代饱和突变策略针对热点残基进行了正向突变筛选和迭代组合。与WecE野生型相比，第四轮迭代突变体M4（Y321F/K209F/V318R/F319V）在40°C的半衰期提高了641.49倍，对非天然底物井冈霉烯酮的催化活性提高了31.37倍。第三轮迭代突变体M3（Y321F/K209F/V318R）在 40°C的半衰期提高了83.04 倍，对井冈霉烯酮的活性提高了37.77倍。催化性能提升机制分析显示，与野生型相比，热稳定性和催化活性同时提升的突变体蛋白界面相互作用增强、氨基转移反应亲核进攻催化距离缩短。本文提供了一种热稳定性-催化活性热点评估的通用策略，为氨基糖类化合物的人工生物合成提供高稳定性和高催化活性的糖氨基转移酶。
玉米赤霉烯酮（ZEA）是一种霉菌毒素，对全球人类和动物的健康构成了严重的危害。天然产物（NPs）由于其多样化的生物活性而被认为可以缓解ZEA的不利影响。然而，目前的挑战在于缺乏一种有效的策略来系统地筛选和鉴定能够有效缓解ZEA诱导毒性的NPs。本研究构建了一种基于表型的筛选策略，用于筛选NPs文库，并发现更有效的化合物来减轻或抵消ZEA在动物体内暴露后的不良后果。利用这一策略，初步鉴定了96种NPs，并基于胚胎表型和运动活性，使用评分系统和TCMacro方法评估了两种有效的候选化合物——秦皮素和羟基酪醇的效价和功效。此外，本研究进行了转录组和蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）网络分析，提取了两组mRNA标签，以查询连接图谱数据库（CMap）并预测NPs。预测的NPs显示出了能逆转与ZEA毒性相关的基因表达谱的潜力。因此，使用斑马鱼模型进一步筛选这些化合物，结果表明牛奶树碱、瑞香素和核黄素在斑马鱼中表现出良好的体内功效。值得注意的是，在整个研究过程中，秦皮素一直表现出较好的效果。生物学途径分析和功能验证表明，极低剂量的秦皮素完全逆转了ZEA的毒性作用。这是通过修复受损细胞凋亡、改变细胞周期通路和防止衰老诱导来实现的，具有良好的应用潜力。总的来说，本研究证明了这种整合策略可以成功地应用于开发潜在的解毒剂。
具有超高K+选择性的传输通道对生物起着至关重要的作用，但构建具有良好K+选择性和渗透性的离子通道仍然是一项挑战。在本次研究中，一种基于MXene（Ti3C2Tx）层状通道的不对称双层膜展现出了惊人的马太效应：放大K+的优先传输，从而实现出色的K+分离性能。由于优先亲和效应，1-氮杂-18-冠醚-6 改性的识别层会选择K+离子，随后基于限域效应，K+离子会以水合离子的形式通过促进层快速传输。K+优先占据冠醚，阻碍了其他非选择性离子（如Na+）进入识别层。基于MXene (Ti3C2Tx)的马太膜具有0.1-0.2 mol∙m-2∙h-1的高K+渗透率，且K+/Na+选择性高达5-9。深入研究了马太膜的离子分离机理，探讨了马太放大效应对K+筛分的本质机理，即膜内识别层和促进层的精确匹配决定了K+的快速渗透和良好的选择性。本研究所构建的马太膜的非对称结构是了解离子通道精确快速离子转运的生物学功能的关键，它将指导设计和合成高性能人工离子通道或膜材料。
海洋腐蚀和生物污损是海洋工程装备面临的两大主要挑战，使用功能涂层是一种简单且有效的防护方法。然而，单一涂层很难同时具备防腐蚀和防污性能。在本工作中，我们将还原氧化石墨烯（rGO）/银纳米颗粒（AgNPs）与一种亲水聚合物结合，加入到生物基有机硅-环氧树脂中形成兼具防污和防腐蚀性能的涂层。涂层优异的防污性能源于三重协同防污机制，包括污损释放、接触抑制和水化作用；而优异的防腐蚀性能同样源于三重协同防腐蚀机制，包括形成致密的互穿网络（IPN）结构、屏障效应和钝化。结果显示，所制得的涂层可以有效抵抗蛋白质、细菌、藻类等海洋污损生物的粘附，并通过动态交联的rGO/AgNPs-亲水聚合物网络实现出色的防腐蚀和一定的自愈性能。该研究为海洋工程装备提供了一种防污防腐一体化的防护涂层。
高频冻融是造成中国高原地区混凝土劣化和性能退化的关键原因之一，其对重大基础设施工程的长效服役形成了严峻挑战。现行混凝土结构耐久性设计标准通常以最冷月平均温度等单参数进行冻融作用分级与抗冻设计，忽略了真实服役环境下冻融作用时空特征、幅值及频次等因素的综合影响。针对上述问题，本研究系统探究不同区域气候差异对混凝土冻融作用的影响规律，结合频次分析和空间插值技术建立混凝土冻融作用时空分布模型。采用聚类分析等方法，绘制考虑冻结温度、冻融幅值和冻融频次的中国三参数冻融作用等级区划图。基于经典的静水压理论和线性损伤累计法则，建立真实服役环境的冻融作用与实验室快冻法之间的相似性关系。最后，搭建集气象数据查询、环境特征分析、冻融作用分析与相似性计算于一体的可视化平台，以期为高原地区混凝土的冻融耐久性寿命评估与定量化设计提供理论基础和技术支持。
金沙江全长2280公里，在过去30年中至少被滑坡体阻塞过四次。高山峡谷中发生的滑坡堵江灾害链可能危及堵江点下游数百公里的居民和基础设施。历史上的堵江事件导致了灾难性后果，因此需要对金沙江沿线的堵江威胁进行全面评估。本研究对金沙江进行了数字化，并详细展示其地形、构造、水文和气候特征。提出了一种两阶段全概率方法来评估整条河流的堵江威胁，从而可以识别堵江高危区和应优先开展防灾减灾的区域。研究发现，金沙江上游的堵江威胁最大，威胁程度向下游逐渐减小。金沙江全长约33.4%、36.7%、20.5%和9.4%的区段分别被归类为低、中、高和极高堵江威胁等级。与已建水电工程项目相比，上游规划中的项目更可能受到滑坡堵江的威胁。我们强调流域尺度灾害分析的重要性，并期望基于该研究成果对堵江高危区进行更具针对性的定量风险评估，为金沙江沿线的滑坡堵江和水电基础设施风险防控提供科学依据。
