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4.20

知識(shí)分子

The Intellectual

一手掌握一周重大科技新聞

01

月之兩面：正面濕潤背面干，

嫦娥六號(hào)揭開月球水源之謎

月幔水含量在揭示月球起源、巖漿洋固化模式、后續(xù)巖漿活動(dòng)等方面具有重要科學(xué)價(jià)值。隨著微區(qū)分析技術(shù)的進(jìn)步，過去20年對(duì)月幔水含量的認(rèn)識(shí)發(fā)生了翻天覆地的變化，從傳統(tǒng)的“純干”月幔轉(zhuǎn)變?yōu)椤皾瘛痹箩５恼J(rèn)識(shí)，并形成“干”“濕”新爭議。目前，根據(jù)現(xiàn)有月球樣品的水含量研究表明正面月幔的水含量變化范圍為1-200微克/克，這些研究樣品主要來自月球正面的風(fēng)暴洋及其周圍玄武巖地體。

月球由風(fēng)暴洋、斜長巖高地和南極艾特肯盆地（SPA）三大地體組成，在形貌和物質(zhì)組成上呈現(xiàn)顯著的二分特征。風(fēng)暴洋地體的釷含量明顯高于南極艾特肯盆地，由于釷和水在巖漿演化過程中均表現(xiàn)為不相容元素，更傾向于賦存在熔體中，據(jù)此可推測月球背面月?？赡苷嬖箩８案伞?。該猜想如果被證實(shí)，將有助于深刻理解月幔水的時(shí)空演化格局。然而，目前為止，人們對(duì)月球背面月幔水含量的認(rèn)識(shí)尚屬空白。我國嫦娥六號(hào)任務(wù)從月球南極艾特肯盆地返回了第一份月壤樣品，為揭示正背面月幔的水含量分布特征提供了重要機(jī)遇。

為了揭示SPA盆地下腹月幔的水含量，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究團(tuán)隊(duì)借助納米離子探針（NanoSIMS）對(duì)嫦娥六號(hào)玄武巖樣品中的熔體包裹體和磷灰石進(jìn)行了水含量與氫同位素的分析。研究結(jié)果表明橄欖石熔體包裹體中的水含量小于50微克/克，且貧氘（δD~-200‰左右）；鈦鐵礦中的熔體包裹體中水含量以及氫同位素的變化范圍較大；磷灰石的水含量可達(dá)3500微克/克，且非常富氘（δD~+826‰）。根據(jù)橄欖石熔體包裹體、磷灰石與鈦鐵礦熔體包裹體的水含量與氫同位素測試數(shù)據(jù)，以及巖相和化學(xué)成分特征，可以恢復(fù)嫦娥六號(hào)玄武巖的巖漿演化過程，并估算嫦娥六號(hào)玄武巖的母巖漿水含量約為15-22微克/克。

玄武巖的母巖漿來自月幔巖石的部分熔融，由于月幔部分熔融形成的熔體可能經(jīng)歷過演化，他們采用了H2O/Ce比來估算嫦娥六號(hào)玄武巖月幔源區(qū)的水含量。結(jié)果顯示，嫦娥六號(hào)玄武巖的源區(qū)月幔水含量僅有1-1.5微克/克。正面玄武巖月幔源區(qū)的水含量均值為7.5微克/克，火山玻璃珠的月幔源區(qū)水含量為70.3微克/克，明顯高于嫦娥六號(hào)玄武巖月幔源區(qū)的水含量（1.25微克/克），說明背面月幔比正面月幔更干，并提出正背面月幔水含量具有二分性的猜想。未來更多月球背面的返回樣品將有助于確證月幔水含量二分性猜想。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08870-x

02

1.6億年前“鉤子蟲”現(xiàn)身，

侏羅紀(jì)化石破解寄生蟲家族終極身世之謎

動(dòng)物界包含30余個(gè)門級(jí)分類單元，它們共同構(gòu)建了動(dòng)物演化的基本框架。每個(gè)門的起源一直是學(xué)界研究重點(diǎn)。迄今為止，人類對(duì)極少數(shù)門級(jí)類群的起源，仍知之甚少。棘頭動(dòng)物門便是其中之一，雖然建立已有200余年，但起源問題一直未得到有效解答。棘頭蟲是一類海洋和陸地生態(tài)系統(tǒng)中常見的體內(nèi)寄生蠕蟲，能夠感染人、豬、犬、貓、魚等各類動(dòng)物，是一類重要的醫(yī)學(xué)寄生蟲。其最典型的特征是其蠕蟲狀的外形和可外翻的吻突，吻突上有成排的倒鉤，用于附著在宿主的消化道內(nèi)。

近期，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所科研人員系統(tǒng)研究產(chǎn)自內(nèi)蒙古道虎溝（約1.6億年前）的棘頭蟲化石——侏羅蟲。研究填補(bǔ)了棘頭蟲的演化空白，為解決棘頭動(dòng)物門的起源之謎提供了實(shí)證。

本次新發(fā)現(xiàn)的棘頭蟲，被命名為“侏羅蟲”。研究團(tuán)隊(duì)借助掃描電鏡、能譜分析等方法，對(duì)其進(jìn)行精細(xì)的解剖學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，侏羅蟲的身體整體呈紡錘形，分成明顯的三部分，即吻突、頸和軀干。

侏羅蟲的吻突具硬化的、略向下彎曲的刺。侏羅蟲身體上有約32對(duì)僅延伸至身體一小部分的縱毛列，類似的結(jié)構(gòu)也常見于現(xiàn)生棘頭蟲。侏羅蟲的吻突中央保存了消化道，但軀干整體未發(fā)現(xiàn)明顯的消化道，其身體末端還有一個(gè)類似現(xiàn)生棘頭蟲雄性交合傘的結(jié)構(gòu)。

侏羅蟲最奇特的特征是其位于軀干最前方的顎器。顎器整體向前方匯聚，且前部的顎較小，向后逐漸變大，齒的數(shù)量也更多。類似的顎器在棘頭蟲可能的祖先——包含輪蟲動(dòng)物的有顎動(dòng)物類中廣泛存在。

為進(jìn)一步確定侏羅蟲的演化位置，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建一個(gè)最新的、包含各類現(xiàn)生和化石蠕蟲動(dòng)物的形態(tài)數(shù)據(jù)矩陣，并開展系統(tǒng)發(fā)育分析。結(jié)果表明，侏羅蟲的演化位置位于棘頭蟲的最根部，是棘頭蟲的基干類群。

在不包含侏羅蟲時(shí)，系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分析表明尾盤綱輪蟲是其它輪蟲的姊妹群，這一結(jié)果與之前的形態(tài)學(xué)研究的結(jié)果一致，但與很多分子生物學(xué)研究結(jié)果相悖。然而，如果形態(tài)數(shù)據(jù)矩陣中包含侏羅蟲，系統(tǒng)發(fā)育學(xué)分析表明，侏羅蟲是尾盤綱輪蟲向棘頭蟲演化的過渡類群，從而在形態(tài)學(xué)的矩陣分析中獲得了與分子生物學(xué)分析相近的結(jié)果，成功解決形態(tài)學(xué)研究與系統(tǒng)發(fā)育基因組學(xué)研究之間的分歧。本研究表明關(guān)鍵化石在探究動(dòng)物身體構(gòu)型革命性演化中扮演了非常重要的作用。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-08830-5

03

糧食安全的中國方案：

科學(xué)家找到小麥“天然疫苗”開關(guān)

中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所領(lǐng)銜的植物免疫團(tuán)隊(duì)和合作者揭示了麥類作物串聯(lián)激酶抵御病原菌入侵的全新免疫機(jī)制：一個(gè)非典型的NLR蛋白WTN1（Wheat Tandem NBD 1）與串聯(lián)激酶WTK3協(xié)同識(shí)別病原菌的效應(yīng)蛋白激發(fā)免疫反應(yīng)，表現(xiàn)對(duì)多種小麥真菌病害的抗性。

該項(xiàng)工作突破了植物免疫領(lǐng)域內(nèi)對(duì)串聯(lián)激酶作用機(jī)制的認(rèn)知，發(fā)現(xiàn)了串聯(lián)激酶與傳統(tǒng)NLR協(xié)同抗病新范式，填補(bǔ)了植物串聯(lián)激酶免疫調(diào)控途徑的空白，為作物廣譜多抗品種精準(zhǔn)設(shè)計(jì)奠定了理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。

串聯(lián)激酶（Tandem kinase proteins，TKPs）是近年來在小麥和大麥中發(fā)現(xiàn)的一類新型抗病蛋白，由兩個(gè)或多個(gè)激酶結(jié)構(gòu)域串聯(lián)而成，分別表現(xiàn)出對(duì)條銹?。?em>Yr15）、葉銹病（Lr9）、稈銹?。?em>Rpg1、Sr60和Sr62）、白粉病（Pm24、Pm36和Pm57）、麥瘟?。?em>Rwt4）和黑粉?。?em>U8）的抗性，具有重要的育種價(jià)值。

團(tuán)隊(duì)前期分別從中國小麥地方品種“葫蘆頭”和野生二粒小麥中克隆到編碼新型串聯(lián)激酶的廣譜抗白粉病基因Pm24（WTK3，Nature Communications，2020）和Pm36（WTK7-TM，Nature Communications，2024）。然而關(guān)于串聯(lián)激酶這類新型抗病蛋白存在許多懸而未決的科學(xué)問題，如串聯(lián)激酶如何識(shí)別病原菌效應(yīng)因子（Avr）？串聯(lián)激酶的不同激酶結(jié)構(gòu)域在作物抗病免疫反應(yīng)中分別扮演什么樣的角色？串聯(lián)激酶通過什么免疫途徑激活作物的抗病反應(yīng)？

團(tuán)隊(duì)通過篩選攜帶抗白粉病基因Pm24（WTK3）的中國小麥地方品種“葫蘆頭”的EMS誘變突變體庫，篩選到多個(gè)感白粉病突變體，利用突變體進(jìn)行RNA測序，鑒定到一個(gè)WTK3抗病通路的關(guān)鍵因子WTN1，WTN1是與WTK3在染色體上緊密連鎖的NLR蛋白。遺傳學(xué)分析和基因組編輯結(jié)果表明，WTN1的存在是WTK3免疫小麥白粉病的關(guān)鍵，WTK3-WTN1分子模塊通過感受器-編碼器（sensor-executor）的協(xié)同作用模式激活抗病免疫反應(yīng)。

研究團(tuán)隊(duì)通過植物免疫學(xué)、生化實(shí)驗(yàn)、電生理實(shí)驗(yàn)和進(jìn)化分析等多種方法，發(fā)現(xiàn)小麥中的WTK3和WTN1基因在進(jìn)化過程中形成了緊密的合作關(guān)系，共同幫助小麥抵抗病原菌的入侵。

具體來說，WTK3有兩個(gè)重要的“功能模塊”，第一模塊由WTK3的假激酶片段（PKF）和第一個(gè)激酶（Kin I）結(jié)構(gòu)域組成，它們的任務(wù)是識(shí)別病原菌釋放的“攻擊信號(hào)”-效應(yīng)蛋白；第二個(gè)模塊為WTK3的第二個(gè)激酶（Kin II）結(jié)構(gòu)域，它的作用是銜接和激活NLR蛋白WTN1，從而形成一個(gè)WTK3-WTN1“防御小分隊(duì)”。

當(dāng)WTK3感知到病原菌入侵后，WTK3-WTN1“防御小分隊(duì)”迅速被動(dòng)員起來，激活后的WTK3-WTN1蛋白寡聚形成高分子復(fù)合物，組裝成抗病小體，在細(xì)胞膜上形成離子通道，促進(jìn)鈣離子（Ca2+）從胞外向胞內(nèi)的內(nèi)流，從而激活超敏反應(yīng)和細(xì)胞程序化死亡。進(jìn)化分析表明WTK3和WTN1在早熟禾亞科進(jìn)化過程中協(xié)同進(jìn)化。

研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)WTK3不僅抗小麥白粉病，并且能夠識(shí)別麥瘟病菌效應(yīng)因子PWT4并觸發(fā)免疫反應(yīng)，因此具有潛在的抗麥瘟病能力。

小麥白粉病是嚴(yán)重威脅我國小麥安全生產(chǎn)的重要病害，近年來年均危害面積在一億畝左右（我國每年小麥播種面積3.5億畝），每年需要大量施用農(nóng)藥進(jìn)行白粉病防治，不但增加了成本，還污染了環(huán)境。

麥瘟病是近年來國際上新發(fā)生的一種毀滅性病害，1985年最早在巴西南部發(fā)現(xiàn)，隨后在南美國家流行，對(duì)當(dāng)?shù)氐男←溕a(chǎn)帶來了嚴(yán)重的影響。2016年在亞洲的孟加拉國發(fā)現(xiàn)了麥瘟病，并且很快大面積流行，翌年麥瘟病已經(jīng)從孟加拉國傳入印度，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)氐男←溕a(chǎn)。盡管麥瘟病尚未傳入我國，但麥瘟病流行之快，侵染后果之嚴(yán)重，需要我們高度警惕，提前布局防控防線。

研究團(tuán)隊(duì)前期研究表明Pm24（WTK3）基因?yàn)槲覈←湹胤狡贩N所特有的廣譜抗白粉病基因資源，研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多年的回交轉(zhuǎn)育，已將Pm24基因?qū)氲蕉鄠€(gè)高產(chǎn)小麥底盤品種，創(chuàng)制的高產(chǎn)抗病新種質(zhì)已無償發(fā)放給國內(nèi)多家單位進(jìn)行抗病育種利用，這些研究成果有望解決我國小麥主產(chǎn)區(qū)缺乏廣譜抗白粉病基因資源的問題，同時(shí)為防控麥瘟病提前建立潛在的遺傳屏障，為我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供重要的理論和技術(shù)支持。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41477-023-01357-5

04

外周神經(jīng)系統(tǒng)里居然藏著“小膠質(zhì)細(xì)胞”！

小膠質(zhì)細(xì)胞，堪稱神經(jīng)系統(tǒng)的“全能管家”——既能巡邏抓病菌，又能幫神經(jīng)元發(fā)育，甚至和老年癡呆、帕金森病息息相關(guān)。但過去100年，科學(xué)家一直堅(jiān)信：它們只存在于大腦和脊髓（中樞神經(jīng)）。

中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究團(tuán)隊(duì)掃描了人、猴子、豬的外周神經(jīng)節(jié)，揪出一群“臥底細(xì)胞”——轉(zhuǎn)錄組、表觀組、發(fā)育起源全和中樞小膠質(zhì)細(xì)胞一模一樣！且這群“外周小膠質(zhì)細(xì)胞”直接抱住神經(jīng)元胞體，像給手機(jī)貼膜一樣緊密。沒它們，神經(jīng)元長不大、軸突伸不遠(yuǎn)，連感知功能都拉胯！

為啥百年都沒人發(fā)現(xiàn)？怪小鼠！

團(tuán)隊(duì)對(duì)比24種動(dòng)物后發(fā)現(xiàn)：體型越大的物種（比如人、豬），外周神經(jīng)元越大，這類細(xì)胞越多；而小鼠、大鼠的外周神經(jīng)元小到可憐，這類細(xì)胞直接“擺爛消失”！

過去研究全靠小鼠模型，自然完美錯(cuò)過……

從巨骨舌魚到人類，這群細(xì)胞已存在上億年。它們專為“大塊頭”服務(wù)——體型越大，神經(jīng)元越需要支持，細(xì)胞就越被自然選擇保留。

反觀小體型動(dòng)物？進(jìn)化表示：“用不上，刪了吧！”

過去課本說，外周神經(jīng)元被“衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞”單獨(dú)包裹，形成二元結(jié)構(gòu)。但團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)：小膠質(zhì)細(xì)胞直接擠進(jìn)包膜，和神經(jīng)元貼貼，組成了“神經(jīng)元-小膠質(zhì)細(xì)胞-衛(wèi)星膠質(zhì)細(xì)胞”三元結(jié)構(gòu)！

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)為外周神經(jīng)損傷、疼痛綜合征等疾病的研究撕開新口子。比如：糖尿病患者的神經(jīng)病變，是否和這群細(xì)胞“罷工”有關(guān)？化療后外周神經(jīng)痛，能否通過調(diào)節(jié)它們來緩解？團(tuán)隊(duì)表示：“這只是開始，更多驚喜在路上！”

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.02.007