内容速览
1.中山医学院张宏波教授与合作者建立首个人类肢体发育的单细胞图谱并解析关键调控机制
2.计算机学院黄凯教授人工智能与无人系统研究团队在Science Robotics发表关于老鼠机器人最新研究成果
3.地球科学与工程学院郑卓教授、黄康有副教授团队在西南地区末次冰期以来的植被演替研究取得新进展
4.材料科学与工程学院孙勇副教授、王成新教授在大面积二维Bi2O2Te晶体薄膜的湿化学刻蚀及非饱和线性磁阻取得新进展
5.中法核工程与技术学院熊孝根副教授在锕系化学领域发表重要成果
6.药学院（深圳）邓音乐教授团队在细菌核苷酸类第二信使研究上取得重要进展
（1）中山医学院张宏波教授与合作者建立首个人类肢体发育的单细胞图谱并解析关键调控机制
发育过程中，我们四肢的形成并非一蹴而就，而是经历过复杂的细胞演变过程。四肢发育异常是全球报告最多的出生综合症之一，全球大约每500个新生儿即可发现一例。由于肢体发育涉及细胞命运决定和空间位置形成两个经典发育问题，长期以来其被作为发育生物学的重要模型进行研究。近年来发展的单细胞技术使得在人类中直接研究肢体发育过程中的细胞命运决定和空间位置形成成为可能。
中山大学张宏波教授课题组与Sanger研究所的研究者一起，首先运用单细胞转录组学技术，利用肢体发育过程中细胞演变过程的连续性，从多个时期不同个体取样，绘制了包含所有细胞类型的人肢体发育细胞连续演变图景。之后研究者结合空间转录组学技术精确定位发育中肢体中细胞的确切位置，以及随着发育时间变化细胞位置的变化规律。利用该图谱，研究者能够追踪在特定时间和特定区域产生的细胞类型、鉴定到新的细胞类型，并可以对相应细胞类型详细刻画其激活的特定基因表达程序。这些时序性基因表达模式通常对塑造正在生长的四肢具有重要调节作用。
作为研究的一部分，研究人员证明这些基因模式对手和脚趾的形成有影响，并识别出关键调控基因。对组织进行染色进一步清楚地揭示了构成手指和脚趾的原始细胞类型如何以不同的方式将自身排列成形成指和趾的雏形，并确定了相应细胞类型的特异表达基因。当这些基因的表达不遵循既定模式时，将导致特定的发育表型，如短指（手指或脚趾短）和多指（多余的手指或脚趾）发育异常等。
研究者还重点分析了构成肢体的骨骼肌，以及由肢体间充质细胞发育形成的组织类型的细胞发育模式。研究清晰鉴定到人类骨骼肌的两条形成路径以及各路径的特异表达基因，这些认识对后续进一步确定骨骼肌形成过程中的细胞命运歧化关键调节基因和机制具有重要的提示作用。有趣的是，研究发现调控上下肢差异决定的PITX1基因在调控不同肢体的骨骼肌形成却可能具有统一的机制。研究团队还同步获得了小鼠四肢的发育的单细胞转录组数据，发现四肢发育的许多方面在人类和小鼠之间具有极高相似性。
以上研究成果以“A human embryonic limb cell atlas resolved in space and time”为题发表于Nature杂志，中山大学张宏波教授、英国Sanger 研究所Sarah Teichmann教授为该论文共同通讯作者。张宝（张宏波课题组博士后, 原博士研究生），Peng He (Sarah Teichmann课题组博士后)、John Lawrence(Sarah Teichmann课题组博士生)、王帅玉（张宏波课题组博士后, 现工作单位广州妇女儿童医疗中心）为该论文共同第一作者。
来源：中山大学中山医学院
https://mp.weixin.qq.com/s/f32v3GkfVfjqRXNYlJj1uw
（2）计算机学院黄凯教授人工智能与无人系统研究团队在Science Robotics发表关于老鼠机器人最新研究成果
目前，尽管四足机器人依赖于腿部已实现高度的动态和灵活移动，但它们的运动方式仍显示出某种程度的僵硬，这在一定程度上限制了它们的运动效率。因此，将灵活的脊柱设计融入机器人的构造，对于增强其敏捷性，尤其是对体积受限、动力不足的小型和欠驱动四足机器人而言，显得尤为有益。在本项研究中，研究人员设计并展示了一种符合神经机器人标准的老鼠机器人（Neurorobotic Mouse, NeRmo）。该机器人拥有能够侧向弯曲的柔韧脊柱，显著提升了其行走速度和机动性。作为一种仿生机器老鼠，NeRmo模拟了真实老鼠的形态和肌腱驱动系统。首先，NeRmo通过柔韧脊柱的侧向弯曲，在最初不稳定的配置中通过调整姿势来显著增强其静态稳定性。其次，这种脊柱的侧向弯曲还能有效地延伸步态的步幅，进而提高行走速度。最后，NeRmo借助其灵活的脊柱在需要小转弯半径和快速行进时表现出优异的敏捷机动性。这项研究揭示了灵活脊柱在提升足式机器人运动能力，特别是在提高敏捷性方面起着至关重要的作用。
在这项研究中，研究团队详细阐述了脊柱水平弯曲对动物运动能力的多重影响。首先是对静态稳定性的影响，脊柱的弯曲导致动物重心位置发生变化，这对于保持平衡至关重要。其次是对步幅长度的影响，通过改变肩膀与臀部之间的距离，脊柱的弯曲有助于调整步幅长度。最后是对转弯能力的影响，脊柱的弯曲还会改变臀部和肩部的轴线，从而影响转弯效率。研究团队巧妙地将这些理论应用于机器人设计中，显著提升了机器人的静态平衡能力、运动速度以及转弯能力。
以上研究成果以“Lateral Flexion of a Compliant Spine Improves Motor Performance in a Bio-Inspired Mouse Robot”为题发表于国际刊物Science Robotics。
来源：中山大学计算机学院
https://mp.weixin.qq.com/s/mbJlQGPkCmArm9S5RnZsbQ
（3）地球科学与工程学院郑卓教授、黄康有副教授团队在西南地区末次冰期以来的植被演替研究取得新进展
末次盛冰期（LGM）以来，气候变化显著影响了全球植被的演替过程。尽管已有大量对全球植被群落分布历史的相关研究，但在冰期-间冰期时间尺度上对高山生态系统及相关的垂直植被演替方面的研究仍相对缺乏。
研究团队利用贵州省草海湿地21 ka以来连续且高分辨率的孢粉/碳屑记录，定量重建了LGM以来的植被群落演替（Biome）和气候变化过程。结果表明，LGM阶段，研究区主要植被类型为常绿硬叶栎林（ESQF），云杉/冷杉等高山针叶类植物及蓼属等耐寒草本植物比例相对较高。LGM向全新世过渡期间（约15.8 ka），植被类型由ESQF转变为落叶阔叶林（DBLF），主要种属包括落叶栎及桦木属等。在早全新世时期，常绿类植物花粉比例快速增加，如柯/栲属、大戟科、杨梅属、冬青属及野桐属等，DBLF在10.3 ka左右演替为以柯/栲属为建群植物的常绿阔叶林（EBLF）。常绿阔叶类种属的花粉比例在9-5 ka达到峰值，与全新世暖期（HTM）基本一致。此后，在晚全新世4 ka之后出现了落叶类植物（桤木属等）再次增加的情况，替代了常绿阔叶林。值得注意的是，禾本科及松属等花粉比例在2 ka以来达到峰值，表明人类活动对当地植被的影响在该时段显著增加。
基于花粉数据进行的Biome重建结果清晰的表明了植被带的垂直迁移特征，通过与现代植被类型的分布范围相对比，在末次盛冰期和全新世之间存在大约1000米左右的最大垂直迁移量。对花粉数据的统计结果表明主成分分析可以作为可靠的气候变化指标，与TraCE模型的气候模拟结果相一致。此外，无论是花粉记录还是模型结果均表明森林生态系统在温度和湿度条件超过植物气候阈值时会发生转型，强调了气候界限在驱动生物群系演替中起到的关键作用。本研究揭示了末次冰消期间（H1），由于北大西洋降温和环流减弱导致了研究区常绿硬叶类植被向落叶阔叶林的转变过程，过程中温度变化起到了关键作用。相反，在全新世期间，森林的演替主要受夏季季风变化及其引起的火灾强度变化影响。本研究提供了贵州草海地区21 ka以来的植被演替及气候变化的定量重建结果，为西南地区末次冰期以来的生态系统与气候变化之间的量化关系重建提供了新的证据。
草海记录的Biome变化与现代西南地区Biome对比
以上研究成果以“Vertical biome shifts and climate changes since the last glacial maximum in the southeastern margin of the Tibetan plateau, Southwest China”为题发表于Quaternary Science Reviews，地球科学与工程学院张潇副研究员为第一作者，黄康有副教授为通讯作者，郑卓教授等为共同作者。
来源：中山大学地球科学与工程学院
https://mp.weixin.qq.com/s/LqWcXwKptr5zANAJba5bVw
（4）材料科学与工程学院孙勇副教授、王成新教授在大面积二维Bi2O2Te晶体薄膜的湿化学刻蚀及非饱和线性磁阻取得新进展
常规材料的磁阻比值较低，且在高磁场下趋于饱和（洛伦兹力作用），而具有非饱和线性磁阻的二维量子材料在磁传感和存储器件中具有重要的潜在应用，是当前凝聚态物理研究的前沿热点。随着量子材料与技术的发展，陆续在石墨烯、狄拉克半金属及拓扑绝缘体中发现了非饱和线性磁阻现象。PL模型（经典模型）和量子模型是解释线性磁阻现象的两大理论，前者将其归因于迁移率以及载流子浓度的空间涨落，后者则认为其来源于超量子极限，即当磁场足够强时所有电子填充在最低朗道能级。 近年来，二维材料的迅速发展推动了线性磁阻的理论与实验研究。二维层状非范德华铋氧硫族化合物（Bi2O2X， X=Se, Te, S）由于其独特的带电层堆垛结构和新奇的物理特性，引起了科学界的广泛关注。
近期，孙勇副教授、王成新教授团队通过实验条件优化设计，成功实现了不同厚度的大面积Bi2O2Te晶体薄膜的可控制备，结合微纳加工以及湿化学刻蚀实现了薄膜样品的图案化。光谱及电学表征验证了样品质量的均一性。标准霍尔棒器件测试表明，低温下展现超高电子迁移率（2 K下，∼45074 cm2 V-1 s-1 ）、二维输运特征的大线性磁阻（~1345 %）及显著的Shubnikov-de Hass quantum量子震荡。系统的输运测试表明，其线性磁阻行为与迁移率涨落主导的经典模型一致。相关结果验证了Bi2O2Te的规模化制备和集成化应用的可行性。
输运行为测试。（a） Bi2O2Te Hall bar的变温电阻；（b）低温磁阻; （c）量子震荡；（d）变角度磁阻；（e-f）磁阻/霍尔电阻角度依赖曲线
以上研究成果以“Nonsaturating Linear Magnetoresistance Manifesting Two-Dimensional Transport in Wet-Chemical Patternable Bi2O2Te Thin Film”为题发表在ACS旗下期刊Nano Letters，材料科学与工程学院2020级直博士生邹晓彬为该论文的第一作者，王成新教授、孙勇副教授为论文的共同通讯作者。
来源：中山大学材料科学与工程学院
https://mp.weixin.qq.com/s/7b03RAdwaB3EGgGY3UN8dg
（5）中法核工程与技术学院熊孝根副教授在锕系化学领域发表重要成果
钍-232在吸收中子后可转换为易裂变的U-233，是钍燃料循环的增殖性材料，对钍元素重要化合物的基础物化性质研究对钍燃料循环反应堆技术的开发具有重要意义。
该研究通过低温慢电子速度成像技术获取ThC-和ThN-负离子的光电子能谱图，以极高的精度测量了ThC和ThN分子的电子亲和能（EA）分别为1.562 eV和1.576 eV；通过包含相对论效应和复杂电子相关的高精度电子结构理论计算了所研究分子的基态和低能激发态电子结构，并对实验光谱进行了精确指认。
该研究在精确电子结构计算基础上，采用现代化学成键理论对所研究分子中的化学键进行了深入分析。氮原子有五个价电子，根据化学教科书中的八隅律（Octet Rule），氮原子最多可以同其它原子共用三个电子对形成三重键。结合多种成键分析方法，团队发现在ThN分子中氮原子与钍原子形成了独特的四重键。基于扩展过渡态-化学价的自然轨道（ETS-NOCV）的理论分析显示，Th≣N四重键中除Th的6dxz/6dyz 轨道同N的2px/2py轨道形成的两个p键和一个较强的s键以外，还有一个较弱的Th¬N s配位键，其主要成分包括Th的6dz2轨道和N的2s/2pz轨道。ThC具有与ThN相似的成键模式，由于ThC比ThN少一个成键电子，由此得到ThC的键级为3.5。
ThN-负离子光电子能谱图
以上研究成果以“The unusual quadruple bonding of nitrogen in ThN“为题发表于Nature Communications，第一作者为中科院上海应物所费泽杰副研究员和清华大学王家琪博士；熊孝根副教授、清华大学宁传刚教授和上海应物所刘洪涛研究员为共同通讯作者。
来源：中山大学中法核工程与技术学院
https://mp.weixin.qq.com/s/rsEiufJhpr0XEUJrZIdO9A
（6）药学院（深圳）邓音乐教授团队在细菌核苷酸类第二信使研究上取得重要进展
本研究首次在青枯菌中分离鉴定到第二信使2',3'-cGMP，并证实RSp0334蛋白GGDEF结构域催化2分子2',3'-cGMP生成1分子2',3'-c-di-GMP的全新功能，该研究结果改写了含GGDEF结构域蛋白为3',5'-c-di-GMP特定合成酶的传统认识。此外，该研究结果也首次在细菌中鉴定到2',3'-c-di-GMP信号。这一研究结果将为2',3'-c-di-GMP信号的后期研究奠定基础。
本研究同时揭示2',3'-cGMP通过结合转录调控子RSp0980调控青枯菌重要生物学表型、群体感应系统和致病毒力的机制。发现2',3'-cGMP以高亲和力与RSp0980的REC结构域结合，随后阻断RSp0980与靶基因启动子DNA的相互作用，从而调控目标基因的转录表达水平，并最终调控病原菌的生理功能与致病毒力。令人鼓舞的是，该研究同时在鼠伤寒沙门氏菌中也发现了同样的第二信使信号系统，表明这种第二信使信号及其调控机制可能广泛存在于病原细菌中。总之，本文对病原细菌胞内核苷酸类第二信使信号的研究提供新方向，并将促进核苷酸类第二信使信号研究领域的发展。
以上研究成果以“Regulation of the physiology and virulence of Ralstonia solanacearum by the second messenger 2',3'-cyclic guanosine monophosphate”为题发表于Nature Communications。药学院（深圳）2020级博士生李霞为该论文第一作者，药学院（深圳）邓音乐教授为第一通讯作者。
来源：中山大学药学院（深圳）
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