中科院金属所马秀良、朱银莲、唐云龙和张志东等研究人员与其合作者在铁电材料中发现通量全闭合畴结构以及由顺时针和逆时针闭合结构交替排列所构成的大尺度周期性阵列。他们通过逆向思维设计，实施应变调控在钪酸盐衬底上制备出一系列超薄的PbTiO3铁电薄膜；利用具有原子尺度分辨能力的像差校正电子显微术，不仅发现通量全闭合畴结构及其新奇的原子构型图谱，而且观察到由顺时针和逆时针闭合结构交替排列所构成的大尺度周期性阵列。在此基础上，他们揭示了周期性闭合结构的形成规律，发现在一定的薄膜厚度范围内由通量闭合结构构成的周期性阵列的周期大小与薄膜厚度之间成比值约为√ 2的线性关系；推导出闭合结构核心处超大的应变梯度(10⁹/m)以及整个闭合结构中巨大的长程弹性应变梯度（10⁶/m）；在Landau-Ginsburg-Devonshire理论框架下计算出闭合结构核心处目前最高量级弯电常数（10^-10C^-1m³）。该项工作改变了之前探求通量闭合铁电畴结构的研究思路，进一步完善了通过失配应变调制铁电材料畴结构和物理特性的重要性及有效性，解决了铁电领域畴壁组态方面数十年来悬而未决的重大基础科学问题，为与铁磁材料类比的结构特性增添了新的实质性内容。铁电材料中通量全闭合结构以及核心处巨大弯电效应的发现将把铁电薄膜器件的设计和研发推向一个新的高度，为探索基于铁电材料的高密度信息存储器提供了新途径。同时，该项工作证实了巨大的弹性应变梯度可以通过多层膜的形式保存下来，实现相关物理性能的连续调控，为新型梯度功能材料的设计提供了新思路。相关研究成果发表在Science上。

中国科学技术大学吴恒安研究组与其合作者在受限水结构研究方面取得突破性进展，首次观察到石墨烯毛细通道中常温下的受限水以二维方形冰结构的形式存在。研究团队通过实验和模拟发现在常温下受限于石墨烯片之间的水会整齐排列成规则的二维方形结构，这是常温下水的一种全新存在形式，突破了长久以来人们对冰的已有认识，该研究成果对于解释低维空间内水的快速输运具有重要意义。该研究组采用分子动力学模拟揭示了二维方形冰形成机理，石墨烯片之间的范德华力相互作用对受限水施加1.0GPa左右的横向压强（类毛细压），受限水中的氢键网络从层间向面内转变从而形成有序的方形晶体结构。模拟结果还预测，该二维方形冰结构在受限空间内是普遍存在的，在非石墨烯片及多种不同表面性质的毛细通道内也可能观察到该特殊方形冰结构的形成。相关研究成果发表在Nature上。 生态中心等提出可持续发展目标的5项优先工作

中科院生态环境中心吕永龙研究组与其合作者，在分析科学评估报告的基础上提出国际科技界应着力考虑的有关实施可持续发展目标（SDGs）的主要科学问题。基于国际科联（ICSU）对SDGs科学评估的结果，提出实施联合国SDGs的关键在于过程监测与评估，并提出国际科学界如何参与到这个过程中的5个优先工作，即：（1）设计权值，完善可定量、可考核、可验证的指标体系；（2）建立监测机制，确定监测的阈值并确保获取相应数据；（3）评估实施进展，核查可持续发展目标是否纳入各个层面的规划和战略中得到落实；（4）加强观测设施建设，完善“未来地球”等国际科学计划，扩展适应可持续发展目标的综合信息观测和处理能力；（5）加强数据的标准化和验证，建立数据采集和监测的标准、方法、范式和共享机制，发展空间观测与地面勘察相互核实的方法等。科学家需支持SDGs，并协助在各层级的决策制定过程中整合监测和评估机制，保证全球信息共享。相关研究成果发表在Nature上。 南京古生物所在中生代早期高纬度大陆气候变化研究中获进展

中科院南京地质古生物所国际中生代湖泊系统研究组发现三叠纪末-早侏罗世高纬度大陆气候变化极显著地受着主要由黄赤交角控制的轨道周期的驱动。研究组根据对我国高纬度新疆准噶尔盆地郝家沟（古纬度约60°N）早中生代河流-湖泊相含煤地层郝家沟组和八道湾组的沉积旋回性分析和与同时期低纬度盆地的沉积旋回性的对比，发现准噶尔郝家沟组上部和八道湾组下部记录了一个大约819千年的超长黄赤交角调节周期，但这一周期在低纬度大陆却缺乏记录或极端微弱；在同时期低纬度盆地，黄赤交角几乎检测不到，但却存有一个1.6百万—1.8百万年的超长偏心率周期记录。研究组认为三叠纪末-早侏罗世（约198百万—202百万年）的高纬度大陆气候变化极明显地受着主要由黄赤交角（约4万年）控制的轨道周期的驱动，但低纬度大陆气候更明显地受着气候岁差的支配。研究还发现，尽管由于地球与火星的轨道谐振导致的三叠纪末-早侏罗世和现代的轨道偏心率与黄赤交角的比均为2∶1，但它们的周期却大不相同，早侏罗世的偏心率周期为约1.6百万年，黄赤交角周期为0.8百万年，但现代的这两周期却分别为2.4百万和1.2百万年。这一情况表明这些周期可能随着时间而变化。三叠系/侏罗系界线和三叠纪末大灭绝事件的位置也在该项研究中得到了对比。该研究为主要由黄赤交角控制气候变化的高纬度地区三叠纪末至侏罗纪初的轨道周期的建立准备了有利条件，并为大陆三叠纪末大灭绝及陆相三叠系/侏罗系界线研究提供了重要的数据。相关研究成果发表在PNAS上。

中科院南京地质古生物所朱茂炎课题组在我国贵州瓮安生物群中发现了一枚6亿年前的原始海绵动物化石——“贵州始杯海绵”（Eocyathispongia qiania）。这 一化石十分微小，体积只有2—3 mm³，但保存了精美的细胞结构和完好的水沟系统，是迄今为止全球发现的最古老的可靠海绵化石的记录。“贵州始杯海绵”化石以磷酸盐化的形式呈三维立体的状态保存在白云质磷块岩中。研究人员通过使用化学溶蚀法将白云质围岩剥离后得到了完整的化石标本，然后借助大型科学装置同步辐射光源，使用目前最先进的三维无损成像方法——相位衬度显微断层成像技术，重建了该化石标本的三维结构。结果显示化石整体外观呈缠绕的管状，由三个独立的腔室共用一个实体基座组成，每一个腔室都有一个向上的开口。配合扫描电镜观察，发现标本保存了精美的细胞结构。同步辐射技术和扫描电镜观察均表明，生物体已经发生了明显的细胞分化，而且标本表面的扁平细胞和现代海绵表面的扁平细胞无论是细胞形态还是细胞之间的联接方式都十分一致。化石表面不同区域覆盖的细胞具有不同的形态和定向，细胞之间发育了数量众多的小孔，这些小孔直通有开口的腔室，在腔室内壁上还发现了类似现代海绵的领细胞结构。这些小孔和腔室一起形成了简单的水沟系统，为生物体提供了与外界进行物质交换的通道。以上这些生物学特征表明，它是一种与现代海绵动物非常相似的原始动物，固着在浅水区的海底通过简单的水沟系统进行滤食生活。精美保存的细胞和完整的水沟系统使得该标本成为目前为止发现的最古老的海绵化石，其发现将海绵动物的化石记录向寒武纪之前推进了6千万年。结合现有的动物谱系树和分子演化生物学（分子钟）的推断，该发现预示着一些与这类海绵动物有共同祖先、但形体更复杂的真后生动物在瓮安生物群中也应该出现，而所有动物的共同祖先则远早于6亿年前。这一理论上的推测为在更古老的地层中发现动物始祖化石提供了依据。相关研究成果发表在PNAS上。

中科院古脊椎动物与古人类所徐星与其合作者报道了一种生活于约1.6亿年前的具有类似蝙蝠翅膀的小型恐龙，对了解恐龙形态差异性和鸟类飞行起源研究具有重要意义，代表我国学者在鸟类起源研究方向取得的又一项重要成果。这种被命名为奇翼龙的小型恐龙属于一个名叫擅攀鸟龙类的恐龙类群，这一类群与鸟类亲缘关系非常近，但长相奇特，有着短粗的头，手部外侧手指极长，尤其是其僵硬的羽毛呈丝状，更接近原始羽毛，而不像其他似鸟恐龙和鸟类拥有的片状羽毛。最奇特的是奇翼龙腕部的一个棒状长骨结构，类似结构从来没有在其他恐龙当中发现过，但却在一些会飞的四足动物的腕部，或者肘部，或者踝部附近存在，这些动物包括蝙蝠、翼龙和鼯鼠等，奇翼龙腕部的棒状结构和日本鼯鼠腕部长着的棒状结构尤其相像。在所有这些动物中，这种棒状结构都支撑着翼膜，用于飞行或者滑翔。在奇翼龙标本上，研究者确实也在棒状结构和手指附近发现了残缺翼膜。这意味着奇翼龙有着和鸟类及其恐龙近亲完全不同的翅膀，它的翅膀像蝙蝠和其他会飞的四足动物一样，主要由翼膜构成，而不是像鸟类及其近亲那样主要由羽毛构成。为了揭示这一标本保存的重要信息，尤其是确认这个棒状结构的性质，研究人员采用了CT和扫描电镜等多种仪器对化石进行分析，获取了包括软体组织上保存的黑色素体在内的宏观和微观信息，还分析了化石围岩和化石上的化学组分，最终确认了奇翼龙腕部的棒状结构是翼膜翅膀的关键组成部分。相关研究成果发表在Nature上。

中科院遗传与发育生物学所李家洋课题组长期从事植物非依赖于色氨酸生长素合成途径的研究。该课题组前期研究表明，吲哚甘油磷酸（IGP）是色氨酸合成与非依赖于色氨酸生长素合成途径的分支点，拟南芥吲哚合酶（Indole Synthase, INS）是色氨酸合成α亚基（TSA）的同源蛋白，可能具有催化IGP合成吲哚的功能（Ouyang et al., Plant J,24: 327, 2000）。为进一步研究INS的生物学功能，研究人员获得了INS功能缺失突变体ins-1和ins-2，并将ins-1与TSA功能降低突变体trp3-1进行了遗传分析，发现ins-1的胚胎发育异常，trp3-1的胚胎发育与野生型相似，而ins-1trp3-1双突变体表现出完全的胚胎致死。INS蛋白在胚胎发育过程中具有时空特异性的表达模式，胚珠生长素含量测定以及对胚胎中生长素报告基因DR5-GFP表达特征的分析表明，非依赖于色氨酸生长素合成途径对于早期胚胎发育过程中顶-基部轴向的建立发挥重要作用。系统的遗传学、代谢物含量测定以及细胞学研究显示INS定位于细胞质中，参与非依赖于色氨酸生长素合成途径中从IGP生成吲哚的代谢反应，是非依赖于色氨酸生长素合成途径中第一个被鉴定的重要成员。这项研究成果解析了非依赖于色氨酸生长素合成途径的分子与生化机理，揭示了该途径在胚胎早期发育的重要作用。该研究是最近数年在生长素合成途径与调控机理研究领域中的突破性进展，对深入全面理解生长素合成途径及其调控植物生长发育的分子机制具有重要意义。相关研究成果发表在PNAS上。

中科院上海生命科学院朱健康与其合作者通过测序获得了1.69Gb的基因组草图，这是人们首次测序极端耐脱水的植物。基因组分析显示了进化过程中的两次全基因组加倍痕迹，也显示了大量的特有基因。该基因组含有49374个蛋白编码基因，其中29.15%是旋蒴苣苔独有的基因，20%的基因在转录水平上对干燥脱水有显著的应答。研究人员还发现，在脱水过程中保护光合机构以及快速恢复蛋白合成的能力，对旋蒴苣苔复苏具有非常重要的作用。此外，旋蒴苣苔的转录组还存在广泛的可变剪切。研究揭示，旋蒴苣苔的复苏能力主要是通过脱水应答基因的调控改变演化出来的。作为一个备受期待的耐旱基因资源植物，该研究将有助于提高以植物耐旱及应激能力为目标的基因改良工作。相关研究成果发表在PNAS上。

中科院生物物理所刘光慧与其合作者在干细胞衰老机理方面取得一项突破性的研究成果。该研究结合多能干细胞定向分化技术、基因组靶向编辑技术以及表观遗传组分析技术，首次揭示了异染色质的高级结构失序（Disorganization）是人类干细胞衰老的驱动力之一，为延缓衰老及研究和防治衰老相关疾病提供了新的潜在靶点和思路。研究人员首先提出“组织干细胞的加速衰老（耗竭）可能是人类早衰症的病因”这一科学假设，并通过基因组靶向编辑技术使得人间充质干细胞（MSC）中的WRN基因发生纯合缺失突变，在实验室“制造”出人类早衰症特异的MSC。这些早衰症MSC不仅表现出生长速度减慢、DNA损伤反应加剧和分泌大量炎性因子等衰老指征，而且表现出内层核膜蛋白以及核周异染色质的加速缺失。通过对组蛋白共价修饰、DNA甲基化以及RNA转录本进行全基因组扫描，研究人员发现早衰症干细胞的异染色质发生了显著的结构退行性变化，主要表现为着丝粒和端粒附近的H3K9me3“山脉”（Mountains）的缺失。进一步研究发现，WRN蛋白同异染色质蛋白SUV39H1和HP1共存于一个蛋白复合物中，该复合物具有维持异染色质和核纤层的稳定性以及阻止MSC衰老的作用。WRN的缺失导致异染色质结合蛋白的减少以及着丝粒卫星DNA的转录，进而诱发细胞衰老。通过比较健康老年人和年轻人体内分离的MSC，也可见WRN水平的下调以及核膜蛋白和异染色质结构的异常，提示异染色质的重塑可能是正常细胞衰老的驱动力之一。最后，研究发现过量表达HP1能抑制早衰症细胞的加速衰老，因而为未来干预人类干细胞的衰老提供了可能的分子靶标。此项研究不仅首次揭示了WRN蛋白在表观遗传调控方面的全新功能，而且第一次确立了染色质高级结构的改变在驱动人类细胞衰老中发挥的核心作用。这些新型发现为在表观遗传水平实现延缓或逆转细胞衰老奠定了理论基础。相关研究成果发表在Science上。

国家纳米科学中心梁兴杰研究组与其合作者设计合成了一种基于双亲性树形分子的新型载药纳米胶束。基于该双亲性树形分子独特的树形分子结构，其自组装形成的纳米胶束可在疏水性内核形成一巨大空腔，因而能高效大量负载抗肿瘤药物阿霉素，其载药量可高达40%以上。由于其独特的小尺寸粒径（~10nm），使其不仅能通过EPR效应有效地在肿瘤部位富集，而且可大大提高药物在肿瘤组织内部的渗透能力；此载药纳米胶束对周围环境pH值良好的敏感和依赖性进而显著增加肿瘤细胞内部的药物浓度，从而达到高效肿瘤治疗的效果并可有效降低抗肿瘤药物阿霉素对正常组织器官功能的毒副作用。相关研究成果发表于PNAS上。

中科院上海药物所吴蓓丽和赵强研究组与其合作者在嘌呤能受体P2Y₁R结构生物学领域取得突破性进展，首次测定了该受体蛋白的高分辨率三维结构，揭示了P2Y₁R抑制剂分子的作用机理，为研究治疗血栓性疾病的新型药物提供了重要的依据，未来将开启G蛋白偶联受体（GPCR）药物研发的新方向。通过分析P2Y₁R结构，研究人员获得了许多重要的发现，其中最令人兴奋的是P2Y₁R同时具有完全不同的两个药物分子作用位点，并且两种抑制剂与受体的作用机制显著区别于人们过去对于GPCR的传统认知。虽然，P2Y₁R的核苷酸类抑制剂MRS2500的结合位点位于受体蛋白的跨膜螺旋内部，但是，这一位点与P2Y₁₂R受体中核苷酸类药物的结合位点在形状和位置上均存在巨大差异。尽管在人体内，P2Y₁R和P2Y₁₂R的天然配体是同一种核苷酸分子——二磷酸腺苷（ADP），但是这两种受体蛋白与核苷酸分子的结合模式完全不同。不同于其他所有已知的GPCR结构，P2Y₁R的非核苷酸抑制剂BPTU作用于受体蛋白的外表面，深埋于细胞膜的脂分子中。这是首次发现与GPCR受体外表面结合的高选择性配体，极大地拓展了未来开展GPCR药物研发的方向。相关研究成果发表在Nature上。

中国科学技术大学杜江峰研究组将量子技术应用于单个蛋白分子研究，在室温大气条件下获得了世界上首张单蛋白质分子的磁共振谱。研究人员利用钻石中的氮-空位点缺陷作为量子探针（以下简称“钻石探针”）， 选取了细胞分裂中的一种重要蛋白为探测对象。首先将蛋白从细胞中分离并将标记物（氮氧自由基）固定在蛋白的特定位置，然后将此蛋白分子放置到钻石表面，此时标记物距离“钻石探针”约10nm，会产生仅相当于地磁场十六分之一的极微弱的磁信号。“钻石探针”具有感知极弱磁信号的能力，在激光和微波操控下，它形成一个量子传感器，将单分子信号转化为光学信号而加以检测。经过两年多的努力，最终成功地在室温大气条件下首次获取了单个蛋白质分子的磁共振谱，并通过对比不同磁场下的多组磁共振谱的特征，获取了此蛋白质分子的动力学性质。该研究不仅将磁共振技术的研究对象从数十亿个分子推进到单个分子，并且“室温大气”这一宽松的实验环境为该技术未来在生命科学等领域的广泛应用提供了必要条件，使得高分辨率的纳米磁共振成像及诊断成为可能。该技术有望帮助人们从单分子的更深层次来探索生命和物质科学的机理，对于物理、生物、化学、材料等多个学科领域具有深远的意义。相关研究发表在Science上。

中科院上海有机化学所刘聪课题组和上海应用物理所张益、胡钧课题组及其合作者报道了由阿尔兹海默症关键蛋白Abeta核心肽段自组装形成的全新淀粉样聚集体的发现、结构表征和基于结构设计的蛋白质纳米材料在病毒转染中的应用。研究团队首次发现了源自阿尔兹海默症关键蛋白Abeta的聚集核心多肽能形成独特的巨型淀粉样纳米片层结构。通过多种生物物理学及计算机辅助模拟等方法，揭示独特片层形成的原子结构基础。基于结构信息，通过定点嵌入功能性氨基酸设计制备出一系列具有提高病毒转染效率的功能性淀粉样片层纳米材料（其效率是商业化病毒转染试剂的2—3倍）。进一步通过设计得到多个具有形成淀粉样纳米片层结构能力的全新人工多肽序列，为淀粉样片层结构更广泛的设计及应用提供了重要的基础。该工作为淀粉样聚集体结构的多样性提供了重要的实验证据，为基于淀粉样生物纳米材料原子结构的合理设计和全新应用提供了方法学的依据和成功的范例。相关研究成果发表在PNAS上。