人類基因組中，超過(guò)一半的區(qū)域由重復(fù)序列組成。這些重復(fù)序列在人類進(jìn)化過(guò)程中高度變化，豐富了基因組的遺傳多樣性?？勺償?shù)目串聯(lián)重復(fù)序列可以通過(guò)長(zhǎng)度擴(kuò)增來(lái)增加患病風(fēng)險(xiǎn)，它的重復(fù)基序的變化具備獨(dú)立的致病效應(yīng)。而受限于樣本量、測(cè)序深度、人群多樣性及識(shí)別算法等因素，在已有的人群規(guī)模的基因組測(cè)序項(xiàng)目中，可變數(shù)目串聯(lián)重復(fù)序列的遺傳研究不足，導(dǎo)致人類基因組中部分遺傳力缺失。對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了相關(guān)探索。

活動(dòng)星系核的紫外和光學(xué)光譜存在較多寬度超過(guò)1000公里每秒的寬發(fā)射線。寬發(fā)射線的輻射區(qū)稱為寬線區(qū)。寬線區(qū)中的氣體速度高，在中心吸積盤高能光子的光致電離作用下產(chǎn)生寬發(fā)射線。研究寬線區(qū)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可以幫助科學(xué)家測(cè)量中心超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量，并能夠揭示活動(dòng)星系核內(nèi)部的物理過(guò)程。而寬線區(qū)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)學(xué)和空間分布不完全清晰。近日，中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)科研人員與合作者取得了突破性進(jìn)展。

基于國(guó)際科技創(chuàng)新中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平臺(tái)科創(chuàng)熱榜每日榜單形成的一周科技記憶，我們推出《一周前沿科技盤點(diǎn)》專欄。今天，為大家?guī)?lái)第120期。

1、《Cell Genomics》丨“女媧”圖譜揭示基因組多態(tài)性，深化基因調(diào)控理解

研究解析人類基因組小衛(wèi)星多態(tài)性圖譜

人類基因組中，超過(guò)一半的區(qū)域由重復(fù)序列組成。這些重復(fù)序列在人類進(jìn)化過(guò)程中高度變化，豐富了基因組的遺傳多樣性?？勺償?shù)目串聯(lián)重復(fù)序列（VNTRs）又稱小衛(wèi)星DNA，是一類重復(fù)基序超過(guò)6 bp且重復(fù)次數(shù)通常在10次至60次的DNA串聯(lián)序列。有研究發(fā)現(xiàn)，VNTR可以通過(guò)長(zhǎng)度擴(kuò)增來(lái)增加患病風(fēng)險(xiǎn)，VNTR的重復(fù)基序的變化具備獨(dú)立的致病效應(yīng)。而受限于樣本量、測(cè)序深度、人群多樣性及識(shí)別算法等因素，在已有的人群規(guī)模的基因組測(cè)序項(xiàng)目中，VNTR的遺傳研究不足，導(dǎo)致人類基因組中部分遺傳力缺失。

近日，中國(guó)科學(xué)院院士、生物物理研究所研究員徐濤團(tuán)隊(duì)與研究員何順民團(tuán)隊(duì)利用140多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的8,222例高深度全基因組測(cè)序數(shù)據(jù)，構(gòu)建了全球人群VNTR多態(tài)性遺傳圖譜——“女媧”VNTR多態(tài)性圖譜，解析了VNTR的功能特征，特別是VNTR在基因表達(dá)中的調(diào)控作用。

此次發(fā)布的“女媧”VNTR多態(tài)性圖譜完成了“女媧”基因組資源對(duì)人類基因組中主要重復(fù)序列元件的全覆蓋，是剖析重復(fù)序列元件變異的重要參考。這一成果拓展了現(xiàn)有遺傳研究中重復(fù)序列元件變異規(guī)模，為探討重復(fù)序列元件在基因調(diào)控中的作用提供了新視角，并為未來(lái)的臨床研究和基因型-表型關(guān)聯(lián)研究提供了參考。

2、《The Astrophysical Journal》丨“反呼吸”奇觀：活動(dòng)星系核的新發(fā)現(xiàn)

活動(dòng)星系核的紫外和光學(xué)光譜存在較多寬度超過(guò)1000公里每秒的寬發(fā)射線。寬發(fā)射線的輻射區(qū)稱為寬線區(qū)。寬線區(qū)中的氣體速度高，在中心吸積盤高能光子的光致電離作用下產(chǎn)生寬發(fā)射線。研究寬線區(qū)的結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)可以幫助科學(xué)家測(cè)量中心超大質(zhì)量黑洞的質(zhì)量，并能夠揭示活動(dòng)星系核內(nèi)部的物理過(guò)程。而寬線區(qū)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)學(xué)和空間分布不完全清晰。

自2020年起，近日，中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)科研人員與合作者利用麗江天文觀測(cè)站2.4米望遠(yuǎn)鏡對(duì)變臉活動(dòng)星系核NGC 4151進(jìn)行了為期4年的反響映射觀測(cè)。結(jié)果顯示，NGC 4151的多條寬發(fā)射線存在顯著的分層現(xiàn)象，即不同發(fā)射線起源于寬線區(qū)中不同的半徑范圍。同時(shí)，研究發(fā)現(xiàn)，NGC 4151存在異常的“反呼吸效應(yīng)”。

按照傳統(tǒng)理論，活動(dòng)星系核亮度增加時(shí)，寬線區(qū)半徑應(yīng)隨之?dāng)U展，導(dǎo)致寬發(fā)射線的時(shí)間延遲增加即“呼吸效應(yīng)”。而NGC 4151的觀測(cè)結(jié)果卻顯示寬發(fā)射線的時(shí)間延遲隨著亮度的增加而縮短。這一“反呼吸效應(yīng)”可能與活動(dòng)星系核紫外-光學(xué)光變之間的時(shí)間延遲相關(guān)。進(jìn)一步，研究通過(guò)速度分辨時(shí)間延遲分析發(fā)現(xiàn)，NGC 4151寬線區(qū)的幾何結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)在不到一年的時(shí)間尺度上發(fā)生了顯著變化。這種快速變化無(wú)法單純通過(guò)寬線區(qū)的不均勻分布、輻射壓力變化或電離輻射場(chǎng)的變化來(lái)解釋，表明寬線區(qū)的物理特性比以往認(rèn)知更加復(fù)雜，或受到多種機(jī)制的共同驅(qū)動(dòng)。

上述成果深化了科學(xué)家對(duì)寬線區(qū)動(dòng)力學(xué)和幾何結(jié)構(gòu)演化的認(rèn)知，為未來(lái)利用長(zhǎng)時(shí)間尺度、多波段觀測(cè)研究活動(dòng)星系核內(nèi)部結(jié)構(gòu)提供了借鑒。后續(xù)，該團(tuán)隊(duì)將結(jié)合高時(shí)間分辨率觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步分析寬線區(qū)與吸積盤之間的相互作用，以揭示其動(dòng)力學(xué)演化的物理機(jī)制。

3、《Nature Methods》丨新AI模型突破性提升虛擬篩選效率

SurfDock架構(gòu)圖

研究蛋白-配體相互作用是分子生物學(xué)和生物化學(xué)的基礎(chǔ)。從酶催化到信號(hào)傳導(dǎo)，這些相互作用構(gòu)成了眾多細(xì)胞過(guò)程的核心。研究蛋白-配體相互作用對(duì)基于結(jié)構(gòu)的藥物設(shè)計(jì)至關(guān)重要，科研人員可據(jù)此發(fā)現(xiàn)或設(shè)計(jì)與特定蛋白質(zhì)結(jié)合的配體。科學(xué)家利用AI技術(shù)能夠更精準(zhǔn)地剖析蛋白-配體相互作用，加速藥物發(fā)現(xiàn)進(jìn)程。

近日，中國(guó)科學(xué)院上海藥物研究所鄭明月團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出基于生成式AI的蛋白-配體復(fù)合物結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)方法SurfDock。這一方法利用蛋白質(zhì)表面信息構(gòu)建幾何擴(kuò)散神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，高精度自動(dòng)生成配體結(jié)合構(gòu)象。這一模型將多種蛋白質(zhì)信息如表面特征、殘基結(jié)構(gòu)特征和預(yù)訓(xùn)練序列特征整合到表面節(jié)點(diǎn)的表示中，配備SurfScore內(nèi)部評(píng)分模塊，通過(guò)對(duì)蛋白-配體復(fù)合物的訓(xùn)練來(lái)評(píng)估構(gòu)象的置信度。同時(shí)，SurfDock整合了可選的基于力場(chǎng)的優(yōu)化步驟，進(jìn)一步提升了性能。這些設(shè)計(jì)使得SurfDock在多個(gè)基準(zhǔn)測(cè)試中展現(xiàn)出優(yōu)異的對(duì)接能力，其生成構(gòu)象的合理性超越現(xiàn)有的深度學(xué)習(xí)方法。

SurfDock能夠適應(yīng)新的蛋白質(zhì)、口袋和空結(jié)構(gòu)，在處理高度柔性的配體時(shí)表現(xiàn)出色。在實(shí)際應(yīng)用中，研究通過(guò)針對(duì)ALDH1B1的篩選實(shí)驗(yàn)證實(shí)了SurfDock的實(shí)用價(jià)值，快速篩選出7個(gè)具有新骨架的先導(dǎo)分子。

4、《IEEE Transactions on Industrial Informatics》丨智能自適應(yīng)學(xué)習(xí)打破工業(yè)預(yù)測(cè)瓶頸

面向非平穩(wěn)時(shí)間序列預(yù)測(cè)任務(wù)的持續(xù)學(xué)習(xí)框架

工業(yè)時(shí)間序列是反映生產(chǎn)過(guò)程的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。工業(yè)時(shí)間序列的分析和預(yù)測(cè)對(duì)優(yōu)化工業(yè)流程、提升效率具有重要意義。而工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)態(tài)變化導(dǎo)致時(shí)間序列數(shù)據(jù)分布漂移，使得傳統(tǒng)靜態(tài)預(yù)測(cè)模型無(wú)法長(zhǎng)期保持高效性。傳統(tǒng)的模型更新方法如重新訓(xùn)練的計(jì)算和存儲(chǔ)成本高昂，增量微調(diào)的方式易導(dǎo)致已學(xué)模式的災(zāi)難性遺忘。這限制了現(xiàn)有模型在非平穩(wěn)工業(yè)環(huán)境中的應(yīng)用效果。

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所提出了面向非平穩(wěn)工業(yè)時(shí)間序列預(yù)測(cè)的自適應(yīng)持續(xù)學(xué)習(xí)（ACL）方法，提升了預(yù)測(cè)模型的適應(yīng)性和泛化能力。該研究從網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面改進(jìn)了持續(xù)學(xué)習(xí)方法。研究通過(guò)基于提示的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)學(xué)習(xí)保留了先前任務(wù)的“暗知識(shí)”，緩解災(zāi)難性遺忘，并引入軟記憶緩沖區(qū)使模型能夠更好地學(xué)習(xí)當(dāng)前任務(wù)，進(jìn)而在穩(wěn)定性與可塑性之間實(shí)現(xiàn)平衡。進(jìn)一步，研究在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)層面提出了時(shí)間敏感的激活函數(shù)TimeRelu，使網(wǎng)絡(luò)激活閾值隨時(shí)間變化，從而提高了模型的泛化能力。這一方法在開(kāi)源的太陽(yáng)能發(fā)電數(shù)據(jù)集和實(shí)際的磨礦分級(jí)過(guò)程數(shù)據(jù)集上驗(yàn)證了有效性。

這一成果有望應(yīng)用于智能礦山、鋼鐵冶金等復(fù)雜工業(yè)場(chǎng)景中的預(yù)測(cè)性維護(hù)和生產(chǎn)過(guò)程優(yōu)化等場(chǎng)景。下一步，該團(tuán)隊(duì)將針對(duì)任務(wù)劃分的自動(dòng)化和概念漂移檢測(cè)等問(wèn)題開(kāi)展研究，探討元學(xué)習(xí)等前沿技術(shù)在增強(qiáng)模型動(dòng)態(tài)適應(yīng)能力方面的潛力。

5、《Advanced?Materials》丨新型含氟交聯(lián)劑革新聚合物半導(dǎo)體光刻性能

側(cè)鏈含氟代芳基疊氮的聚合物半導(dǎo)體交聯(lián)劑

高遷移率聚合物半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)合成已取得進(jìn)展，但將聚合物半導(dǎo)體的可溶液加工、本征柔性這些獨(dú)特性質(zhì)應(yīng)用于集成電路面臨困難。在集成電路中，對(duì)聚合物半導(dǎo)體進(jìn)行圖案化加工，可以降低漏電流，避免相鄰器件間的串?dāng)_，降低電路整體功耗。目前，可控光化學(xué)交聯(lián)技術(shù)是與現(xiàn)有微電子工業(yè)光刻工藝相兼容的圖案化方式。特別是，發(fā)展高效的化學(xué)交聯(lián)劑至關(guān)重要。

中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所張德清課題組在前期成果的基礎(chǔ)上，發(fā)展了側(cè)鏈末端含氟代芳基疊氮的新型聚合物半導(dǎo)體交聯(lián)劑。該研究以常用小分子交聯(lián)劑4Bx為參比，評(píng)估了PN3對(duì)n型、p型和雙極型聚合物半導(dǎo)體的光刻圖案化性能。研究發(fā)現(xiàn)，PN3比小分子交聯(lián)劑4Bx具有更高的靈敏度；PN3與3種聚合物半導(dǎo)體共混后，薄膜的表面形貌、鏈間堆積及遷移率幾乎不受圖案化過(guò)程影響。

進(jìn)一步，研究顯示，該聚合物半導(dǎo)體交聯(lián)劑的光刻性能優(yōu)于小分子交聯(lián)劑。這是由于氟代苯基疊氮均勻分布在聚合物側(cè)鏈末端，一個(gè)聚合物分子上有多個(gè)交聯(lián)位點(diǎn)；相比于常用的小分子交聯(lián)劑，聚合物半導(dǎo)體交聯(lián)劑在常規(guī)聚合物半導(dǎo)體薄膜中分散得更均勻。

上述研究為光刻加工柔性集成電路提供了可能的材料設(shè)計(jì)思路。

6、《eLife》丨瞳孔反應(yīng)解鎖生物運(yùn)動(dòng)情緒的秘密

知覺(jué)與解讀他人的情緒，對(duì)個(gè)體的社會(huì)交往和生存進(jìn)化具有重要意義。面孔是常見(jiàn)的傳遞他人內(nèi)在情緒狀態(tài)的非言語(yǔ)社會(huì)線索。除面孔外，生命體的運(yùn)動(dòng)也傳遞著他人內(nèi)在狀態(tài)的重要線索。即便當(dāng)生物運(yùn)動(dòng)由極度簡(jiǎn)化的、附著在頭部和關(guān)節(jié)處的點(diǎn)光源運(yùn)動(dòng)表達(dá)時(shí)，人們依舊能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出其中的情緒信息。目前，鮮有關(guān)于生物運(yùn)動(dòng)情緒信息加工機(jī)制的研究。

瞳孔大小不依賴于外在任務(wù)，能夠自動(dòng)化地揭示相關(guān)加工過(guò)程并實(shí)時(shí)反映當(dāng)下的認(rèn)知狀態(tài)。中國(guó)科學(xué)院心理研究所蔣毅研究組研究員王莉采用這一指標(biāo)，揭示了生物運(yùn)動(dòng)情緒信息的多水平加工機(jī)制及其與自閉特質(zhì)的關(guān)聯(lián)。該研究采用被動(dòng)觀看范式結(jié)合眼動(dòng)記錄技術(shù)，收集個(gè)體的自閉特質(zhì)分?jǐn)?shù)，通過(guò)4個(gè)實(shí)驗(yàn)考察了生物運(yùn)動(dòng)情緒信息對(duì)瞳孔反應(yīng)的調(diào)節(jié)及其與自閉特質(zhì)的關(guān)聯(lián)。

這一研究揭示了生物運(yùn)動(dòng)存在多水平情緒加工機(jī)制，即完整生物運(yùn)動(dòng)的情緒信息以精細(xì)的方式調(diào)節(jié)瞳孔大小，而局部生物運(yùn)動(dòng)的情緒信息則以快但較為粗糙的方式調(diào)節(jié)瞳孔大小。從功能性角度分析，這一分離的情緒加工機(jī)制可能以不同的方式發(fā)揮作用。前者作為快速檢測(cè)機(jī)制，自動(dòng)捕捉由生命體傳遞的情緒信息，無(wú)需進(jìn)行詳細(xì)分析；后者通過(guò)對(duì)其運(yùn)動(dòng)模式和整體形狀的細(xì)致分析來(lái)進(jìn)行更具體的情緒識(shí)別。

該研究在完整生物運(yùn)動(dòng)中觀察到的情緒調(diào)節(jié)與個(gè)體自閉特質(zhì)成顯著負(fù)相關(guān)，為情緒相關(guān)瞳孔調(diào)節(jié)效應(yīng)在社會(huì)認(rèn)知障礙早期診斷中的應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)證據(jù)。

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