伴随初夏一起来到我们身边的除了灿烂阳光还有UCASer的最新科研动态下丘脑工作机制再挖掘多项研究成果助力低碳发展二维、光伏、红外光学材料研究再获进展……一起来看看吧！

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1.金属有机框架材料薄膜的可控生长方面获进展

2.引导编辑研究中获新进展

3.发现下丘脑Rax阳性伸展细胞可以促进组织修复和肿瘤发生

4.在下丘脑神经元多样性的起源方面获进展

5.固体润滑薄膜抗辐照结构设计研究获新进展

6.利用农业废弃物生产清洁能源氢气研究获进展

7.获取二维材料MGeX3家族的铁性地图

8.发现促进大豆油脂积累的转录调控模块

9.碳酸根水体系中铀的高效光催化还原研究获进展

10.全球钢铁物质循环与工业脱碳研究方面获进展

11.高稳定性n-型光伏材料研究方面获重要创新成果

12.青藏高原多年冻土区潜在融沉风险预估获进展

13.植被演替对亚热带喀斯特地区土壤质量的影响上取得进展

14.水稻土和旱地土壤碳氮积累、稳定及其环境驱动的差异机制研究上获新进展

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金属有机框架材料薄膜的可控生长方面获进展

国科大博士生导师、中科院化学所刘云圻课题组在金属有机框架(MOF)材料的可控组装与规模化制备方面开展了系列研究。该研究团队从毛细现象中获得灵感，提出了制备二维MOF薄膜的限域生长策略。

该方法利用毛细力将制备二维MOF薄膜的铜离子和5,10,15,20-四(4-羧基苯基)卟啉(TCPP)交替引入到由两片绝缘衬底组成的狭缝内，在限定的区域内发生配位反应，从而在石英、蓝宝石、硅片等绝缘衬底表面上直接生长出大面积的二维Cu2(TCPP)MOF薄膜。该方法不需要衬底转移，与目前的硅加工工艺相兼容。该方法制备的MOF薄膜具有高的晶体质量,其薄膜电导率为0.Scm-1，相比其它羧酸基MOF材料（10–6Scm–1）提高了3个数量级。同时，该策略也适用于制备Cu3(HHTP)2,Co3(HHTP)2和Ni3(HHTP)2等二维MOF材料，具有普适性。

该成果发表在AdvancedMaterials上，并被选为前封面。论文第一作者为国科大博士生刘友星，通讯作者为陈建毅研究员和刘云圻院士。

引导编辑研究中获新进展

近日，国科大博士生导师、中科院遗传与发育生物学研究所高彩霞研究员研究组在植物细胞及个体两个水平上对引导编辑系统的脱靶效应进行了深入和系统的评估。研究人员进一步对个潜在的内源脱靶位点的引导编辑情况进行高深度的检测，发现引导编辑系统在水稻内源位点鲜有脱靶编辑。

因此，引导编辑系统的pegRNA依赖型的脱靶效应非常低，可通过pegRNA合理设计提升该系统的特异性。研究人员还分析了外源过表达含有M-MLV逆转录酶的引导编辑系统是否会干扰细胞内源的逆转录生物学过程。此外，对高丰度mRNA及pegRNA序列的逆转录-插入的可能性也进行了分析，同样发现引导编辑系统没有在全基因组范围内产生pegRNA或mRNA序列的随机插入。以上结果表明，引导编辑系统不会造成全基因组范围的不依赖于pegRNA的脱靶效应。

综上所述，引导编辑系统在全基因组范围具有很高的编辑特异性。研究成果于4月15日在线发表在NatureBiotechnology。国科大博士生靳帅、林秋鹏、朱子旭（培养单位：遗传发育所；导师：高彩霞研究员）以及微生物研究所骆迎峰博士为本文的共同第一作者，高彩霞研究员为本文的通讯作者。

发现下丘脑Rax阳性伸展细胞可以促进组织修复和肿瘤发生

国科大博士生导师、中科院遗传与发育生物学研究所吴青峰研究员团医院团队合作研究，联合使用单细胞转录组测序、细胞谱系追踪、单分子原位杂交等技术揭示小鼠ME中Rax阳性的伸展细胞大多处于静止状态，但在神经损伤后迅速进入细胞周期进行自我更新和再生。在机械损伤条件下，组织修复需要激活伸展细胞中的Igf1r信号通路。此外，Braf的原癌基因的激活足以将Rax阳性的伸展细胞转化为增殖旺盛的肿瘤细胞，最终发展成乳头状颅咽管瘤样肿瘤。这些发现共同揭示了伸展细胞的再生和致瘤潜能。本研究深入探索了伸展细胞的特性，这将有助于我们操纵伸展细胞生物学特征来调节下丘脑功能，并探讨临床相关肿瘤的发病机制和诊疗手段。

该研究结果以HypothalamicRax+tanycytescontributetotissuerepairandtumorigenesisupononcogeneactivationinmice为题在线发表在NatureCommunications上。中科院遗传与发育生物学研究所博士后穆文辉为该论文的第一作者，国科大博士生李斯（培养单位：遗传发育所；导师：吴青峰研究员）医院博士后许静凯为本文共同第一作者。

在下丘脑神经元多样性的起源方面获进展

国科大博士生导师、中科院遗传与发育生物学研究所吴青峰研究团队结合谱系追踪和单细胞测序技术，绘制了下丘脑的动态发育图谱，并重构了从放射状胶质细胞(RGCs)，中间前体细胞(IPCs)，新生神经元到肽能神经元的下丘脑发育谱系树。研究表明RGCs能够进行多潜能分化，并产生两群Ascl1+和Neurog2+IPCs。有别于大脑皮层中的IPCs，下丘脑Ascl1+IPCs也显示出命运双向性，能同时产生谷氨酸能（兴奋性）和GABA能（抑制性）神经元。此外，该研究发现新生的神经元能够进一步分化为多种肽能神经元，进一步产生命运多样化。最后，对下丘脑RGC的克隆分析也证明单个RGC能够分化成多种神经元亚型。

此项研究提供了单细胞水平的下丘脑发育网络，表明发育谱系树上的多个细胞类型级联放大模型可用于解析下丘脑神经元多样性的起源。此研究为下丘脑发育的未来研究指明了方向，将有助于理解下丘脑的动态发育过程及高度多样化的神经元的命运决定，为治疗厌食、嗜睡、失眠等神经系统疾病提供必要的研究基础和新思路。

相关研究成果结果于年4月21日在线发表在CellStemCell。国科大博士生张宇虹、许鸣锐、石翔、孙雪莲（培养单位：遗传发育所；导师：吴青峰研究员）以及博士后穆文辉为本文的共同第一作者，吴青峰研究员为通讯作者。何苗教授、姚明泽教授等参与了相关工作。

固体润滑薄膜抗辐照结构设计研究获新进展

中科院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室空间与核辐射摩擦学组一直致力于固体润滑材料辐照损伤行为研究工作，团队选取类金刚石碳膜（DLC）和金属硫化物基薄膜（MoS2）两类润滑材料为研究对象，系统地开展了重离子模拟中子、伽马射线等辐照环境下材料损伤形式与演化，以及辐照损伤对润滑薄膜材料力学、摩擦学服役行为影响规律。通过MoS2晶体结构控制与纳米化界面设计，该课题组首次成功制备了抗辐照与润滑自适应一体化的MoS2/YSZ基纳米复合薄膜材料。

通过提高MoS2结晶度并减少本征缺陷密度，结合纳米颗粒边界效应，纳米尺寸效应和晶界陷阱可以有效地吸收和湮灭辐照过程中产生的缺陷，从而有效抑制了空位积累和大尺寸空洞的形成。同时，得益于MoS2纳米晶润滑相与非晶硬质相的协同作用，在摩擦诱导下界面转移自组装形成保护膜，确保了大气/真空摩擦过程中同时实现低摩擦系数与高耐磨寿命。上述研究为设计和发展抗辐照固体润滑薄膜提供了理论指导。

该研究为设计和发展抗辐照固体润滑薄膜提供了理论指导。成果近期发表在ACSAppl.Mater.Interfaces。国科大博士生段泽文为论文第一作者，王鹏研究员为通讯作者。

利用农业废弃物生产清洁能源氢气研究获进展

近日，国科大资源与环境学院余志晟课题组卢旺达籍博士生FabriceNdayisenga，以第一作者身份在RenewableandSustainableEnergyReviews上发表了题为Microbialelectrohydrogenesiscellanddarkfermentationintegratedsystemenhancesbiohydrogenproductionfromlignocellulosicagriculturalwastes:Substratepretreatmenttowardsoptimization的综述文章。该文章提出了利用农业废弃物产生清洁能源氢气是一种实现可持续发展“碳中和”目标的最具效益的方法，并阐明了采用微生物电解池技术耦合暗发酵系统制氢的稳定操作条件及其生物制氢性能。

该综述列举了微生物电解池耦合暗发酵系统制氢在实际应用中潜在的技术挑战，并为该系统在工业实施中的应用提供了可持续的解决方案。实现微生物电解池耦合暗发酵系统制氢的大规模应用，不仅在满足清洁能源需求的同时实现“碳中和”目标，还提供了一种可持续的农业废弃物处理方式和生产廉价的天然生物肥料的方法。

获取二维材料MGeX3家族的铁性地图

国科大苏刚教授研究团队系统研究了二维MGeX3(M=金属元素，X=O/S/Se/Te)材料家族的铁磁性、铁电性和铁弹性等铁性性质，得到了该家族材料完整的铁性地图，首次发现该家族中存在二维铁电材料，并预言了两种室温二维铁磁半金属。该研究工作近日在NanoResearch在线出版。

文章还揭示了该家族材料的二维铁电物理机制源于Ge-Ge原子沿垂直方向位移引起的自发对称性破缺；并通过统计分析发现电极化（P）与硫族元素X原子和金属元素M原子的电负性之比呈线性关系，发现形成稳定二维铁电的条件和规律。文章最后结合已发现的二维MGeX3家族的铁磁性和铁电性，以基于MGeX3材料的磁性隧道结（TMR）和水分解光催化剂为例，探讨了它们的应用前景。这项工作不仅大大丰富了二维铁性材料家族，也将激发人们对2DMGeX3家族进行深入理论和实验研究以及探索其作为多功能材料的应用。

该研究工作在闫清波教授和苏刚教授共同指导下完成。

发现促进大豆油脂积累的转录调控模块

国科大博士生导师、中科院遗传与发育生物学研究所张劲松研究员研究组近期在NewPhytologist上在线发表了关于大豆种子油脂合成和积累调控的最新研究成果。这项研究揭示了大豆油脂合成的转录调控机制和网络，对于培育高油大豆品种提供了重要的理论基础。该研究揭示了由三个重要的转录因子组成的相互协作的转录调控模块，通过两个转录因子GmZF和GmZF的互作及协同调控，可识别油脂合成途径中的重要基因并激活其表达，从而提高种子油脂含量。

博士后卢龙、工作人员韦伟和国科大博士毕业生李擎天（培养单位：遗传发育所；导师：张劲松研究员）为该论文的共同第一作者。张劲松研究员、陈受宜研究员和张万科副研究员为共同通讯作者。

碳酸根水体系中铀的高效光催化还原研究获进展

铀是重要的军民两用战略资源，是核工业中涉及最广泛的元素之一。然而，在某些含碳酸根体系如海水中，铀的光催化还原反应难以实现或被严重抑制。

针对这一问题，中科院西北生态环境资源研究院环境地球化学课题组通过对氮化碳（BCN）进行不同程度氧化，构筑了系列羧基化氮化碳（CCN）（CCN-5和CCN-24），并应用于含碳酸根体系中U(VI)的光驱动催化还原。羧基的引入极大提升了U(VI)在催化剂表面的亲和力。与BCN相比，在含2.0mM和10.0mM

体系中，CCN-24对U(VI)的吸附率分别增加了30％和9％。此外，吸电子羧基的引入有效降低了导带的位置，提高了电子和空穴的分离效率，增强了催化剂光催化性能。

研究成果以Carboxylgroupsong-C3N4forboostingthephotocatalyticU(VI)reductioninthepresenceofcarbonates为题发表于ChemicalEngineeringJournal，李平副研究员为第一作者，范桥辉研究员为通讯作者。

全球钢铁物质循环与工业脱碳研究方面获进展

该研究发现全球范围内钢铁物质代谢与脱碳技术发展存在不匹配的现象，致使钢铁工业的碳排放强度在过去三十年内停滞不前（“碳效停滞”）；警示了这种物质代谢-技术发展不匹配现象持续扩大将会危及全球1.5°C目标的实现，呼吁世界钢铁工业迅速在供应侧和需求侧同步实施减排措施。该研究丰富了“物质循环科学”在促进工业系统低碳发展方面的实用价值，可为水泥、石化、有色等流程工业的脱碳路径设计与政策制定提供参考和借鉴。

研究结果EfficiencyStagnationinGlobalSteelProductionUrgesJointSupply-and-Demand-sideMitigationEfforts发表在NatureCommunications，中科院城市环境研究所汪鹏助理研究员（独立第一作者）和丹麦理工大学MortenRyberg助理教授（共同通讯作者）领衔，论文合作者包括丹麦理工大学MichaelHauschild教授、重庆大学杨易教授、新南威尔士大学SamiKara教授（共同通讯作者）、山东大学冯奎双教授以及中科院城市环境研究所陈伟强研究员（共同通讯作者）。

高稳定性n-型光伏材料研究方面获重要创新成果

国科大博士生导师、中科院化学所有机固体重点实验室朱晓张课题组在n-型分子光伏材料与器件研究方面开展深入研究，提出全稠环分子设计策略发展高稳定性的光伏受体材料，稠环分子材料具有优良的电荷传输性能、荧光性质和稳定性，在场效应晶体管研究中获得了广泛应用。设计合成了稠合九环电子受体新材料ITYM，与传统INCN类受体相比，ITYM受体表现出更低的分子重整能和优异的化学、光化学及热稳定性。将ITYM与中带隙聚合物电子给体匹配，实现了接近10%的效率。

由于稳定的电子受体材料是有机光伏技术实现商业化应用的关键，全稠环电子受体材料为实现效率高、成本低、稳定好的有机光伏器件开辟了新道路，此外，全稠环受体高的热稳定性为发展高性能蒸镀型有机太阳能电池创造了新机会。该研究成果近日发表于CCSChemistry上，通讯作者是中科院化学所朱晓张研究员。

青藏高原多年冻土区潜在融沉风险预估获进展

为预估青藏高原多年冻土区的融沉风险状况，国科大博士生导师、冰冻圈科学国家重点实验室研究员吴通华团队通过多评估指数模型相结合的方式，对整个青藏高原多年冻土区潜在融沉风险进行模拟预估。通过对比分析三个模型的结果发现，由于每个模型考虑的影响因素（主要包括地下冰含量、年平均地温和活动层厚度的相对变化等）不同，最终模拟结果存在很大差异。因此，提出修正的一致性指数（Ic）模型，完成整个青藏高原多年冻土区的融沉风险评估。该方法充分考虑了模型之间的共性，在一定程度上可以保证最终分类结果的可靠性。

本研究还进一步将Ic模型应用到青藏铁路沿线，研究结果表明，地下冰的存在是多年冻土发生沉降的必要条件；青藏铁路沿线多年冻土区约40.2%的面积属于中高风险区，且主要分布在多年冻土区边界，其中南部边界中高风险区的范围要明显高于北部边界。随着气候变暖和人类活动的加剧，该地区可能成为沉降发生最严重的区域。基础设施对多年冻土变化的敏感性较为复杂，因此，需要在中高融沉风险区采取紧急和必要的措施。同时，建立工程基础设施的预警系统，防止更大的经济损失。相关研究成果可为青藏高原多年冻土区工程设施的设计、施工和运行维护等方面提供科学依据。

该成果发表在ScienceofTheTotalEnvironment。

植被演替对亚热带喀斯特地区土壤质量的影响上取得进展

国科大博士生导师、中科院亚热带农业生态研究所徐宪立研究团队在我国贵州省普定县陈旗小流域以空间代替时间的方法，选取次生林、灌丛、草地和耕地（对照）等四种典型植被演替阶段的土壤为研究对象，分析土壤的理化指标，考虑喀斯特区土壤浅薄这一特性另采集土壤厚度指标，通过构建基于全数据集法（TDS）和最小数据集法（MDS）的土壤质量指数（SQI）对不同演替阶段的土壤质量进行评估。

研究结果表明：（1）植被演替对土壤质量产生显著影响。（2）两种方法都显示从耕地到次生林地，土壤质量指数不断提升，次生林地对土壤质量的恢复能力更高。（3）广义线性模型（GLM）结果证实造成土壤质量变异的最主要因素是植被类型，其次是退耕年限。

该研究以ImprovementsinsoilqualitywithvegetationsuccessioninsubtropicalChinakarst发表在ScienceofTheTotalEnvironment上。

水稻土和旱地土壤碳氮积累、稳定及其环境驱动的差异机制研究上获新进展

国科大博士生导师、中科院亚热带农业生态研究所吴金水研究团队从WebofScience数据库中筛选了个水稻土的SOC和TN含量及其碳氮储量进行Meta分析，并与邻近旱地土壤进行了比较。结果发现，稻田土壤SOC和TN含量分别是旱地土壤的1.5～1.8倍和1.4～1.6倍。相比于旱地土，水稻土碳氮储量增加主要是由于1）水稻秸秆和根系分泌物等对土壤有机碳的输入量大于大多数旱地谷物；2）植物残体和有机质在稻田缺氧条件下的分解较慢；3）铁氧化物在有机质的稳定中更为重要。因此，尽管经过长期的集约化管理，水稻土比其临近旱地土固定了更多的有机碳和氮，研究结果可为农田土壤有机碳库管理提供有力科学依据。

研究成果以Comparingcarbonandnitrogenstocksinpaddyanduplandsoils:Accumulation,stabilizationmechanisms,andenvironmentaldrivers为题，发表在Geoderma上。

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来源/国科大中文网科研动态栏目

整理/刘思苇何邦彦

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