《科技日报》2010年01月28日讯 （陈磊）回眸2009年，在人类科学发展史册上，中国基础研究留下了哪些值得定格的精彩画面？探索物理世界未知的基本粒子，查明中国陆地生态系统碳汇的“家底”，阐明遗传疾病的致病机理，找到治疗糖尿病新的候选靶点，开辟干细胞、再生医学的全新领域……基础研究不再是供奉在科学圣殿里高深莫测的经典，它已与我们每个人的生活密切相关，为治疗疾病、解决全球气候变化等热点问题带来新的思路和答案。

　　透过一串串枯燥的公式，一个个深奥的专业术语，2009年中国的基础研究到底是怎样的一幅让人振奋欣喜的图景？本报记者特邀请数名各领域专家为您解读。

亮度提高30多倍 将推动粲物理能区的研究

　　入选新闻

　　北京正负电子对撞机重大改造工程通过国家验收  北京正负电子对撞机重大改造工程(简称BEPCII)是我国“十一五”重大科学工程，总投资6.4亿元，工期5年，由中国科学院高能物理研究所承担建设。工程于2004年初动工，2008年7月完成建设任务，2009年5月对撞机的主要性能参数亮度在束流能量1.89GeV能量下达3.21×1032cm-2s-1。BEPCII工程按进度、按指标、按预算、高质量地完成了各项建设任务，并于2009年7月17日顺利通过国家验收。

　　专家解读

　　赵光达（中科院院士、北京大学教授）：对撞机的作用就是通过高能粒子的碰撞来研究基本粒子的组成和相互作用规律，是人类探索物质世界和自然规律的重大前沿课题。1974年11月，丁肇中小组和瑞克特小组分别发现了一种新的基本粒子J/ψ粒子，它是由具有

“粲”特性的第4种夸克及其反夸克组成的。此后，对粲夸克的研究一直是粒子物理的一个

热点问题。北京正负电子对撞机的主要目标就是研究粲夸克物理。

　　北京正负电子对撞机此次顺利完成升级改造，亮度比改造前提升30多倍，是此前该能区对撞机亮度世界纪录的4倍以上。BEPCII试运行期间，北京谱仪III共采集到一亿多 ψ(2S)和两亿多 J/ψ事例，是目前世界上最大的相关数据样本，并已取得了初步的物理结果。

　　BEPCII建成并投入运行，有望在今后数年里取得重大物理成果。通过粲粒子的衰变，可能发现一些具有奇特性质的轻粒子，如胶子球，胶子——夸克混杂态，以及多夸克态等；还会为新物理现象和模型的研究提供实验依据。这将推动我国粒子物理的研究，特别是进一步保持和加强我国在粲物理研究领域的国际领先地位。

摸清中国陆地生态系统碳汇的“家底”

　　入选新闻

　　查明中国陆地生态系统的碳平衡状况  北京大学城市与环境学院朴世龙与方精云研究小组及合作者，利用已有的土地利用和资源清查数据、大气CO2浓度观测数据、遥感数据以及气象数据，并结合大气反演模型和基于过程的生态系统碳循环模型，综合研究了中国陆地碳汇/源的时空格局及其机制。结果表明，20世纪80—90年代中国陆地生态系统碳储量平均每年增加0.19—0.26 Pg，该数值稍低于美国而与欧洲大陆相当。他们的结果还显示，中国陆地生态系统碳汇的空间分布并不均匀，主要分布在南部；该研究还分析了我国陆地生态系统碳储量增加的主要原因。相关研究发表在2009年4月23日《自然》杂志上。

　　专家解读

　　刘世荣（中国林业科学院研究员）：众所周知，气候变化是影响人类经济社会发展和自然生态系统最大的环境问题，因此受到全世界的普遍关注。陆地生态系统在调节全球碳平衡和减缓全球气候变化中起着重要作用，20世纪80—90年代，全球陆地生态系统每年净吸收1—4Pg (1Pg =1015g)的碳，这抵消掉了约10%—60%的化石燃料燃烧释放的碳。然而，人们对陆地生态系统碳汇的时空分布及其机制并不清楚。陆地生态系统碳循环、碳/源汇格局及其驱动机制的研究，是当前国际气候变化科学界广泛关注的前沿科学问题。

　　我国幅员辽阔，自然地理环境复杂，陆地生态系统类型多样而且存在较大的空间异质性，因此准确估算中国陆地碳收支状况相当困难，也显得格外重要。

　　这项研究在方法学上具有先进性和创新性，采用了多种数据源和多种复杂模型的系统整合，并由此得出一个科学的结论：中国陆地生态系统是个碳汇。研究表明20世纪80—90年代，中国陆地生态系统碳汇相当于此间中国工业源CO2总排放量的28%—37%，高于欧洲，与美国相当。这说明中国通过陆地生态系统管理以及国家出台重大政策，包括实施的天然林资源保护工程、退耕还林、退牧还草等国家重大生态建设工程，在全球气候变化领域中发挥积极作用。同时，该研究还解释了中国陆地生态系统碳平衡的空间分布及其形成机制。以前科学界一直认为，我国北方地区是中国陆地碳汇之所在，而该研究却发现中国陆地碳汇主要分布在南部，主要缘于大规模造林和灌丛植被的恢复重建形成的碳汇。相信随着这一研究成果不断深化，研究者将进一步科学阐述中国陆地生态系统在中国乃至全球碳平衡中的巨大作用。

阐明A1型短指症致病基因及其作用机理

　　入选新闻

　　揭示A1型短指症致病机理  上海交通大学贺林研究组和香港大学陈振胜研究组合作，发现导致BDA1的IHH基因突变(E95K)可以破坏Hedgehog蛋白同PTCH1和HIP1的相互作用。这与目前关于BDA1相关突变集中发生在Hedgehog蛋白的钙结合位点的报道相一致，这些钙结合位点对于其与受体和细胞表面伙伴蛋白的结合是必需的。此外，他们通过分析人工构建的E95K突变小鼠模型，还发现Ihh蛋白发生了信号能力和范围的变化，小鼠也出现了与人类指骨畸形一致的骨骼异常。相关研究发表在2009年4月30日《自然》杂志上。

　　专家解读

　　方福德（中国医学科学院研究员）：A1型短指畸形(BDA1)是人类医学遗传学史上最早有记录的符合孟德尔规律的一种常染色体显性遗传病，表现为手指中指骨的短小或缺失。常染色体显性遗传病，通俗地讲，发病特点就是只要体内有一个致病基因存在，就会发病，双亲中只要有一个携带该致病基因，就会遗传给他们的子女，致其罹病。它是单基因遗传病的一个重要种类，目前已发现人类单基因遗传病有6000多种，已经鉴定确认其致病基因者只有1000多种，大部分遗传病尚不知道其致病基因。在此领域，中国科学家做出了很大贡献，例如神经性耳聋、乳光牙、A1型短指畸形和Marie Unna遗传性脱发（稀毛症）等遗传病的致病基因及其作用机理，都是我国科学家首先发现、阐明的。

　　早在1998年，上海交通大学Bio-X生命科学研究中心贺林研究组就发现IHH(Indian Hedgehog)基因的杂合错义突变导致了A1型短指症的发生。他们不仅找到了该致病基因，在本项研究中，他们还与香港大学合作，进一步阐明了这种基因突变是如何引起手指骨骼畸形的，并且在小鼠动物模型中模拟出这种人类遗传病及其发生过程。

　　正常情况下IHH基因表达产物Hedgehog蛋白是一种在发育过程中起重要作用的成形素，与骨骼形成密切相关，该蛋白所传递的信号能力和范围被认为与其受体PTCH1和拮抗剂HIP1相互作用的强弱有关，而这些作用又与该蛋白在细胞外形成的浓度梯度有关。该基因发生致病突变后使这种浓度梯度及一系列的相互作用紊乱，最终产生骨骼发育畸形。

为治疗Ⅱ型糖尿病提供了候选新靶点

　　入选新闻

　　发现β-抑制因子-2复合体信号缺损可导致胰岛素耐受  中科院上海生命科学研究院生物化学与细胞生物学研究所裴钢研究组与合作者研究发现，在糖尿病小鼠模型中，β-arrestin2表达显著下调。敲低β-arrestin2可以加剧胰岛素的耐受，而重新导入β-arrestin2后可以恢复小鼠对胰岛素的敏感性。研究显示，胰岛素可以刺激新β-arrestin2信号复合物的形成，其中β-arrestin2可将Akt和Src募集到胰岛素受体。β-arrestin2的缺失或功能丧失在体内可导致这一信号复合物缺陷和对胰岛素信号的干扰，因此可能参与了胰岛素耐受的发展和II型糖尿病的进程。相关研究论文发表在2009年2月26日《自然》杂志上。

　　专家解读

　　方福德（中国医学科学院研究员）：我们知道，正常人血糖都是在正常范围内波动的。维持血糖的正常水平靠精细的代谢调节，调节的主渠道是胰岛素信号系统。正常情况下，一旦血糖升高，其信号会立即传达给胰脏β细胞，β细胞随即合成和释放胰岛素并到达肝脏、肌肉、脂肪等靶组织细胞，与这些细胞表面的胰岛素受体结合，再把胰岛素信号传入细胞内，通过其主要的胰岛素信号系统，促使血糖往细胞里面转运，从而使血糖降至正常水平。

　　胰岛素耐受（抵抗）是指靶组织细胞对胰岛素的反应不敏感或敏感度下降，如不及时逆转，会逐渐发展成糖耐量低减和常见的Ⅱ型糖尿病。所以，阐明胰岛素耐受（抵抗）的机理是攻克糖尿病诊治的关键。到目前为止，胰岛素耐受（抵抗）的机理尚未完全搞清楚。裴钢研究组在本项研究中的主要贡献有二：其一是发现了一种叫做β－arrestin2的蛋白分子参与了胰岛素信号通路，如果该蛋白表达减少，靶细胞对胰岛素的敏感性就下降，胰岛素信号通路就不畅通，血糖调节能力差；其二，阐明了β－arrestin2引起胰岛素耐受的机理，并在小鼠模型中进行了成功模拟。该项成果为研究胰岛素耐受机理提供了新思路，为治疗Ⅱ型糖尿病提供了候选的新靶点，具有重要的科学意义和潜在应用价值。

首次证明了诱导性多能干细胞的全能性

　　入选新闻

　　实验证实诱导性多能干细胞（iPS细胞）具有发育全能性  中科院动物研究所生殖生物学国家重点实验室周琪研究小组和上海交通大学医学院曾凡一小组合作，利用iPS细胞通过四倍体囊胚注射方法获得了存活并具有繁殖能力的小鼠。经多种分子生物学技术鉴定，证实这些小鼠确实是由iPS细胞发育而成，并且这些小鼠现已发育成熟并繁殖了后代。此项研究首次证实，iPS细胞具有与胚胎干细胞相同的全能性。相关研究发表在2009年9月3日《自然》杂志上。

　　专家解读

　　裴雪涛（军事医学科学院研究员）：每个人实际上都是由一个全能的干细胞发育而来。干细胞具有发育成所有细胞、组织器官甚至个体的能力，因此与人类的生老病死息息相关。在干细胞研究领域，胚胎干细胞的研究最受关注，因为它可以分化成所有不同种类的体细胞，甚至完整的个体，具有全能性。但该项研究除存在伦理争议，也有诸多技术瓶颈，因为从发育完成的个体获取全能干细胞去研究或应用几乎是不可能的。多莉羊的问世，使克隆技术和获得患者来源的胚胎干细胞出现了曙光，但也同样受到许多限制和争议。

2006年，日本科学家首次宣布发现了将小鼠皮肤细胞转化为多能干细胞（iPS细胞）的方法，2007年，美、日科学家将人类体细胞诱导为iPS细胞。这是干细胞研究领域里程碑式的突破，避开了争论不休的胚胎干细胞研究伦理问题和核移植技术缺乏卵母细胞的窘境，使获得患者自身遗传背景的胚胎干细胞又增加了一个新的途径，并使得在不使用胚胎或卵母细胞的前提下制备用于疾病研究或治疗的胚胎干细胞成为可能，从而为干细胞和再生医学的研究与应用开辟了一个全新的领域。但在这个新兴领域中，仍有两个关键科学问题没有解决：一是iPS细胞是否具有胚胎干细胞一样的全能性，即发育成所有细胞甚至完整个体；二是基因转染后是否安全。以前，iPS细胞都未能通过细胞全能性的黄金标准——四倍体囊胚注射方法得以验证。可喜的是，周琪和曾凡一的研究小组通过技术改进优化创新，提高了细胞完全重编程和获得iPS细胞的效率，并通过四倍体囊胚注射方法首次由成体细胞获得了活蹦乱跳的小鼠，这只名为“小小”的老鼠还成功繁殖了好几代。

这个实验的意义在于：首次证明了iPS细胞的全能性，即由此可以发育分化为身体的任

　　何组织甚至发育成为完整的个体；在技术上实现突破，证明重编程是可以完全逆转变成全能性多能干细胞的技术；提供了一个很好的平台，可以从“小小”的后代观察基因转染是否安全，如会不会导致肿瘤发生、是否有遗传缺陷等。这为干细胞、再生医学、疾病发病机制、动物克隆和药物研发等提供了模型和技术平台，也使中国科学家在世界干细胞研究中占有了重要的一席之地。

■ 十大新闻

　　近日，科技部基础研究管理中心开展“中国基础研究十大新闻”的评选在京揭晓。它们是

　　●北京正负电子对撞机重大改造工程通过国家验收

　　●查明中国陆地生态系统的碳平衡状况

　　●揭示A1型短指症致病机理

　　●发现β-抑制因子-2复合体信号缺损可导致胰岛素耐受

　　●实验证实诱导性多能干细胞具有发育全能性

　　●发现金属钠在高压条件下可转化为透明绝缘体

　　●阐明纳米孪晶纯铜极值强度的形成机制

　　●高温铜氧化物超导体物性和超导机理研究取得重要进展

　　●鉴别出与超级杂交水稻杂种优势相关的潜在功能基因

　　●找到鸟类起源的一些关键证据