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电力扩张对工业发展影响的因果评估——来自近代中国的证据

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经济学（季刊） 2024年第1期24卷 189-204页

作者：刘丛陈婷薄诗雨暨南大学经济与社会研究院 510632 香港浸会大学中国香港

本文使用新搜集的近代电力数据,考察20世纪初电力供给的迅速扩张对工业发展的影响。借助1875—1936年的面板数据,基准回归使用双重差分和工具变量法发现电力供给促进了当地工业企业进入。为进一步考察电力对企业生产过程的影响,我们基... 详细信息

本文使用新搜集的近代电力数据,考察20世纪初电力供给的迅速扩张对工业发展的影响。借助1875—1936年的面板数据,基准回归使用双重差分和工具变量法发现电力供给促进了当地工业企业进入。为进一步考察电力对企业生产过程的影响,我们基于棉纺织业的微观企业数据,发现电力供给增加后,企业在生产过程中投入了更多的劳动力和纱锭,提高了产品质量;同时,电力的影响主要集中在生产率较高的小企业上,从而提升了整个行业的组织效率。

关键词：电力工业发展能源基础设施

空间转录组的解读与探究:数据分析方法学研究现状与展望

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科学通报 2024年

作者：李润泽陈旭杨雪瑞生物信息学教育部重点实验室合成与系统生物学中心清华大学生命科学学院

作为近年来快速发展的新兴技术,空间转录组学已经极大地改变了生物和医学多个领域的研究范式.这一技术保留了复杂组织中细胞的空间定位信息,并且以多细胞团、单细胞或亚细胞分辨率进行转录组分析.细胞空间定位信息与其分子特征谱的耦合... 详细信息

作为近年来快速发展的新兴技术,空间转录组学已经极大地改变了生物和医学多个领域的研究范式.这一技术保留了复杂组织中细胞的空间定位信息,并且以多细胞团、单细胞或亚细胞分辨率进行转录组分析.细胞空间定位信息与其分子特征谱的耦合产生了新型的多模态高通量数据资源,这对高效的数据挖掘分析方法的开发提出了新的挑战.由于生理组织样本的复杂性与技术的局限性,空间转录组数据具有高度的非理想性.其数据结构复杂、信噪比低、稀疏性强且覆盖度不均一,给数据的深度分析和生物学信息的解析带来了一系列挑战,目前许多困难尚未解决.此外,多个技术路线的空间转录组学正在快速迭代发展,需要现有数据分析理论的发展和创新技术工具的开发.在本文概述了当前空间转录组数据的常用解析方法,针对不同角度与层面的信息挖掘需求,讨论了现有方法的设计思路与潜在的局限性,并对未来方法学设计的方向和策略进行了展望,以期激发对新的数据分析理论、模型和算法的讨论和开发.

关键词：空间转录组生物信息学人工智能机器学习数据挖掘

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微生物合成二元醇研究进展

合成生物学 2024年

作者：竺方欢岑雪聪陈振工业生物催化教育部重点实验室清华大学化学工程系清华大学合成与系统生物学中心

二元醇是一类重要的大宗化学品，在高分子材料、化妆品、燃料、食品和制药行业中有着广泛应用。开发可利用生物质及碳一原料等可再生原料生产二元醇的生物合成路线对于降低化石资源依赖、减少二氧化碳的排放具有重要的意义，近年来受到... 详细信息

二元醇是一类重要的大宗化学品，在高分子材料、化妆品、燃料、食品和制药行业中有着广泛应用。开发可利用生物质及碳一原料等可再生原料生产二元醇的生物合成路线对于降低化石资源依赖、减少二氧化碳的排放具有重要的意义，近年来受到了国内外广泛关注。虽然通过生物法生产1,3-丙二醇，1,3-丁二醇和1,4-丁二醇已实现商业化，但大多数其他二元醇的高效生物合成仍面临挑战，主要原因包括缺乏有效的天然生物合成途径、基因工程菌的产率低等。本综述全面探讨了微生物合成二元醇的最新研究进展，特别是在开发新代谢途径和代谢工程策略方面，以实现C2至C5二元醇的高效生物合成。例如通过对非天然合成途径的设计和构建以实现系列非天然二元醇的生物合成，以及利用非传统的碳源（如木质纤维素等）通过特定的代谢途径和优化策略合成二元醇，为生物合成领域开辟新的道路。此外，我们还讨论了这些生物合成过程向工业应用转化的主要挑战和未来的发展前景，包括廉价和可持续原料的获取、大规模放大过程的复杂性、满足下游特定需求的后提取工艺开发等。

关键词：二元醇生物合成代谢工程可再生原料工业应用

利用冷冻电镜研究蛋白质机器的非平衡统计物理

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物理学报 2024年第13期73卷 1-8页

作者：杨添欧阳颀北京大学物理学院北京100871 北京大学定量生物学中心北京100871

对蛋白质机器的完整描述应包括其微观结构、热力学和动力学性质与工作机制.最近兴起的冷冻电镜技术为蛋白质热力学与动力学的研究提供了全新的机遇.目前已经有一些工作不仅利用冷冻电镜技术解析蛋白质的高分辨率结构,还结合数据处理方... 详细信息

对蛋白质机器的完整描述应包括其微观结构、热力学和动力学性质与工作机制.最近兴起的冷冻电镜技术为蛋白质热力学与动力学的研究提供了全新的机遇.目前已经有一些工作不仅利用冷冻电镜技术解析蛋白质的高分辨率结构,还结合数据处理方法来分析蛋白质的构象分布并进一步推测其热力学性质.然而,利用冷冻电镜技术直接对蛋白质的动力学过程作观测与定量分析的方法还在发展的初级阶段.本文选取了一个理想的蛋白质系统,即蓝藻生物钟蛋白对冷冻电镜分析蛋白质非平衡过程的可能性进行探索.基于已有的实验数据,将蓝藻生物钟蛋白KaiC的平衡态统计物理模型推广至非平衡态,对KaiC蛋白处于非平衡态时的动力学特征进行预测.基于动力学预测结果,本文揭示了冷冻电镜技术具有分析蓝藻生物钟蛋白的非平衡过程的可能,为进一步的冷冻电镜实验提供了理论依据.

关键词：蛋白质动力学非平衡态统计物理冷冻电镜

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引导编辑研究进展及其应用

合成生物学 2024年第1期5卷 1-15页

作者：许志锰谢震清华大学自动化系北京信息科学与技术国家研究中心生物信息学研究部生物信息学教育部重点实验室合成与系统生物学研究中心北京100084

引导编辑器(prime editor,PE)是继碱基编辑器(base editor,BE)之后新问世的基于CRISPR/Cas(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated)系统的基因编辑工具,可以在不造成DNA双链断裂的情况下引入碱基替换、插入和删除。PE因其全面的编辑能力,问世即受到全球学者的广泛关注,然而PE表达盒编码较长(>6 kb)、编辑效率较低等问题也亟待研究人员解决。PE的研究方向与BE有许多相似之处,本文首先梳理了学界对PE本身编辑效率和安全性的探索;然后重点介绍了PE效应蛋白、pegRNA和其他细胞因子三个方面对PE的改进手段,以及为方便PE应用而开发的自动化设计工具;最后梳理了PE在动植物以及基因治疗中的应用。方兴未艾的PE领域尽管还难称完善,但在提高编辑效率和改进安全性等方面已取得了许多重要进展。鉴于Cas9、BE等基因编辑工具已广泛应用于遗传病疗法,PE走向遗传病治疗值得期待。

关键词：引导编辑基因编辑基因治疗 CRISPR/Cas

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基于极端微生物的生物制造

合成生物学 2024年

作者：邵明威孙思勉杨时茂陈国强清华大学化工系教育部工业生物催化重点实验室清华大学生命科学学院清华大学合成与系统生物学中心

以微生物或酶为基础的生物制造，正以其绿色、环保、可持续等优势逐渐替代以化石燃料为原料的传统化工生产模式。然而，传统工业生物技术在易染菌、设备复杂、难以连续发酵等劣势。相较而言，“下一代工业生物技术（NGIB）”利用以嗜盐... 详细信息

以微生物或酶为基础的生物制造，正以其绿色、环保、可持续等优势逐渐替代以化石燃料为原料的传统化工生产模式。然而，传统工业生物技术在易染菌、设备复杂、难以连续发酵等劣势。相较而言，“下一代工业生物技术（NGIB）”利用以嗜盐菌、嗜热菌和嗜酸碱菌等极端微生物作为底盘细胞，使用廉价底物生产多种高附加值产品，具有开放、无需灭菌、连续发酵等优点。本文介绍了嗜盐菌、嗜热菌和嗜酸碱菌极端微生物的定义以及在高盐、高温极度酸碱等极端环境下快速生长的特性。随后总结了目前极端微生物的基因工程手段例如启动子工程、以CRISPR为代表的基因编辑技术、命运共同体策略、稳定质粒载体等，代谢工程手段例如增加碳源前体、敲除旁路代谢、减少副产物、提高转运等，以及极端微生物生产的多种产品例如PHA、蛋白质、氨基酸及小分子衍生物等。同时概况了目前在极端微生物底盘细胞改造过程中仍存在的问题，如缺乏多种优秀的质粒载体、质粒转化效率低、缺乏高效基因编辑技术以及其他非嗜盐菌生长发酵周期较长等，并提出了相应的解决策略。最后展望了如何充分利用不同类型极端微生物的特性生产优势产品，推动下一代工业生物技术的发展与完善，实现绿色、环保、可持续的生物制造。

关键词：极端微生物嗜盐菌下一代工业生物技术生物制造 PHB 基因工程代谢工程合成生物学无灭菌发酵非粮生物原料

未来气候情景下甘南草地土壤有机碳密度的时空预测与分析

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环境科学 2024年第6期45卷 3308-3317页

作者：李钊张美玲张锐祺田景王晨甘肃农业大学理学院数量生物学研究中心兰州730070

研究草地土壤有机碳密度的时间和空间分布特征,并探究有机碳密度与影响因素之间的关系,对甘南自治州草地生态系统管理和维护具有重要意义,有助于实现“双碳”目标,促进碳汇和减缓气候变化.以甘肃省甘南藏族自治州为研究对象,基于SSP126... 详细信息

研究草地土壤有机碳密度的时间和空间分布特征,并探究有机碳密度与影响因素之间的关系,对甘南自治州草地生态系统管理和维护具有重要意义,有助于实现“双碳”目标,促进碳汇和减缓气候变化.以甘肃省甘南藏族自治州为研究对象,基于SSP126和SSP585这两种CMIP6未来气候情景数据,运用CENTURY模型模拟预测2023~2100年甘南草地土壤有机碳密度的时空变化,结果表明:①2023~2100年,总有机碳密度、缓性有机碳密度、惰性有机碳密度均呈现下降趋势,活性有机碳密度先波动下降再波动上升.同时,SSP585情景下的总有机碳、活性、缓性和惰性有机碳密度均高于SSP126情景;②MannKendall突变分析表明土壤总有机碳密度之差(Δsomtc)的突变发生在2030年;土壤活性碳密度之差(Δsom1c)的突变发生在2027年;③研究期内,在SSP126情景下,甘南州草地土壤有机碳密度平均值为7505.69 g·m^(-2),在SSP585情景下则为7551.87g·m^(-2).甘南州草地土壤有机碳密度整体呈现西部高东部低,变异系数整体比较稳定的特点;④偏相关分析结果表明未来气候情景下,降水与土壤有机碳密度呈正相关,温度与土壤有机碳密度呈显著负相关;⑤Theil-Sen Median趋势分析和MannKendall检验结果表明,在两个气候情景下,甘南州的土壤有机碳密度整体呈现下降趋势,其中碌曲县的下降趋势相对最快,迭部县最缓慢.

关键词：土壤有机碳密度(SOCD) CENTURY模型气候情景时空分布趋势分析

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基于凝胶电泳技术的蛋白质复合体研究进展

中国科学：生命科学 2024年第5期54卷 883-910页

作者：郝其琛秦亮陈路路胡浩李金融刘海强许华磊郭华杨晨钰吴冉蒋东旭陈涤凡周宜君王晓东中央民族大学生命与环境科学学院生物成像与系统生物学研究中心质谱成像与代谢组学国家民委重点实验室(中央民族大学)北京100081

蛋白质复合体(protein complexes,PCs)在细胞组成及各类生理生化过程中发挥重要而关键的作用,如质膜形成、信号转导、抗原抗体识别、物质运输、能量代谢、蛋白质合成与降解、DNA损伤修复等.但由于其结构的复杂性,分离纯化对PCs的结构与... 详细信息

蛋白质复合体(protein complexes,PCs)在细胞组成及各类生理生化过程中发挥重要而关键的作用,如质膜形成、信号转导、抗原抗体识别、物质运输、能量代谢、蛋白质合成与降解、DNA损伤修复等.但由于其结构的复杂性,分离纯化对PCs的结构与功能研究至关重要;如何保持PCs结构完整性及生物活性是该领域研究的热点问题之一.凝胶电泳技术由于其简便、易操作、经济、高效等特点,在PCs研究中得到广泛的应用.本文概括适用于PCs研究的非变性凝胶电泳和多种电泳级联的方法、特点及相关技术流程,为有效分离PCs提供一定的理论基础和技术参考,并基于此进一步系统性地综述这些技术在细胞、细胞外以及非细胞PCs中的研究进展.凝胶电泳技术在PCs研究中已取得长足进步,但仍有较大的发展空间,例如个性化、模块化、微型化、自动化是其将来发展的主要趋势.可以预见的是,随着凝胶电泳方法与其他联用技术的进一步发展,人们对PCs的了解也将不断加深.

关键词：凝胶电泳蛋白质复合体非变性分离纯化相互作用蛋白质

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人类发育细胞蓝图的现状和挑战

遗传 2024年

作者：阙亦宸刘清泉徐一驰复旦大学基础医学院医学系统生物学系和前沿创新中心

阐明人类胚胎发育的分子调控机制一直是科学家们努力攻克的重大生物学问题之一。然而，由于人类胚胎样本稀少、样本解剖困难、器官结构复杂等因素，解析人类胚胎发育机制面临重重挑战。近年来，随着单细胞组学技术的迅猛发展，人们可以... 详细信息

阐明人类胚胎发育的分子调控机制一直是科学家们努力攻克的重大生物学问题之一。然而，由于人类胚胎样本稀少、样本解剖困难、器官结构复杂等因素，解析人类胚胎发育机制面临重重挑战。近年来，随着单细胞组学技术的迅猛发展，人们可以在中心法则的各个环节，系统地解析细胞分化过程中的动态变化，并在空间维度上进行观测与研究，加快了构建人类发育细胞图谱的进程，最终实现对人类发育的细胞分类体系、命运轨迹和三维动态变化的刻画。本文首先介绍了绘制人类发育细胞图谱所使用的单细胞组学技术，然后总结了胚胎发育图谱的最新进展并提出了该领域目前面临的主要问题和挑战，最后对如何利用人类胚胎发育图谱解决生物学和医学的关键问题进行了探讨，以期为利用单细胞组学技术构建并应用人类发育细胞蓝图提供更好的指导。

关键词：人类胚胎发育单细胞组学细胞图谱