一周前沿科技盘点㊻丨首例且唯一！这种全波段相位匹配晶体问世；模拟黑洞、类比引力，天体物理观测注入“芯”能量

1974年斯蒂芬·霍金提出，黑洞会发出微弱的辐射，导致其最终蒸发并消失。由于辐射似乎是来源于黑洞视界周围的区域，因此应该给黑洞指定一个温度，这称为霍金温度。近日，北京量子信息科学研究院/中科院物理研究所量子计算云平台团队，在可调耦合超导量子芯片上首次实现了晶格模型的类比黑洞模拟，观测了类比的霍金辐射及相关纠缠动力学；蛇起源于早白垩纪，是爬行纲动物演化史中最迟出现的类群，它的形象也是我国文学艺术创作取之不竭的灵感宝库。然而就是这样一种习以为常的古老动物，从科学角度而言，人类对它的了解还远远不够。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第四十六期。

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《Cell》丨在哪个重要节点上，蛇的基因组演化“转轨”了？

全基因组序列极大似然法重构的31物种（6个外群和25种蛇）系统基因组学框架

蛇起源于早白垩纪，是爬行纲动物演化史中最迟出现的类群。每每提及蛇，都可以想象到它游走时蜿蜒流动的线条和身上美丽而象征危险的复杂纹样。然而就是这样一种习以为常的古老动物，从科学角度而言，人类对它的了解还远远不够。近日，中国科学院成都生物研究所李家堂研究团队选取了全球极具代表性的蛇类物种，整合谱系基因组学、大规模比较转录组学分析方法及基因编辑等实验技术，综合探讨了蛇类起源及表型演化的遗传机制。
研究团队表示，目前全球已知蛇类约有4000种，广泛分布于除南极洲外的各大洲陆地和海洋，栖息地多样，适应能力强，以高度特化的重要表型如四肢缺失、身体延长、视觉和听觉退化、红外感应增强、左右肺不对称发育等特殊表型，在进化历史上处于脊椎动物演化的关键节点，是脊椎动物重要类群和研究动物复杂性状形成机制的理想类群。
具体来看，该研究重构的蛇类祖先基因组由23对染色体组成，其中包含8对大染色体和15对小染色体。蛇类Z染色体可能起源于蜥蜴的常染色体且在整个蛇类演化中，至少发生过一次断裂。基因组大小与转座子含量的高低呈显著正相关关系，这与蛇类基因组大小与转座子含量无关的结论（之前基于短序列测序提示的结论）是不一致的。与鸟类、哺乳类动物相反，蛇类基因组的GC含量向着降低的方向演化，表明其基因组演化道路可能不同于其它脊椎动物类群。
该研究成果对理解脊椎动物演化历史具有重要意义，将推动动物演化生物学等相关学科的发展。

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《Nature Communications》丨模拟黑洞、类比引力，天体物理观测注入“芯”能量

实验观测类比的霍金辐射

黑洞是现代广义相对论中存在于宇宙空间中的一种天体。黑洞的引力极其强大，光是宇宙中速度最快的，即便是光都无法从黑洞表面逃逸。近年来，科学家以间接方式确认了宇宙中黑洞的广泛存在。同时，黑洞并合会产生引力波，2016年加州理工学院激光干涉引力波天文台（LIGO）直接探测到两个黑洞不断旋转靠近最终相撞，合并成一个相当于62个太阳质量的黑洞，相当于3个太阳的质量转化为引力波，向四周辐射（即：GW150914引力波事件）。
1974年斯蒂芬·霍金提出，黑洞会发出微弱的辐射，导致它们最终蒸发并消失。由于辐射似乎是来源于黑洞视界周围的区域，因此应该给黑洞指定一个温度，这称为霍金温度。当下一段时间，观测真实引力系统产生的微弱量子效应在技术上仍显得遥不可及。
近日，北京量子信息科学研究院/中科院物理研究所量子计算云平台团队，在可调耦合超导量子芯片上首次实现了晶格模型的类比黑洞模拟，观测了类比的霍金辐射及相关纠缠动力学。实验借助耦合可调超导量子器件，实现了弯曲时空和平直时空背景，并依赖于超导量子计算系统多比特态层析法获得辐射谱，纠缠演化得到清晰演示，展现了超导量子计算系统高可控性，为模拟诸多现象提供了思路。

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《Nature Photonics》丨首例且唯一！这种全波段相位匹配晶体问世

GFB晶体结构、微观性能分析及晶体照片

短波紫外激光是指波长200-280nm范围内的紫外激光，具有波长短、聚焦性能好、光子能量高、可进行冷处理，具有可使用化与精密化高等特点。短波紫外全固态相干光源在激光精密加工、信息通讯、前沿科学及航空航天领域具有重大应用价值，其核心部件是非线性光学晶体。
正所谓“一代材料、一代器件”，光学晶体是光电子技术特别是激光技术的重要基础材料，也是高新技术和现代军事技术中不可缺少的关键材料。
中国科学院新疆理化技术研究所晶体材料研究中心潘世烈研究团队长期致力于新型紫外、深紫外非线性光学晶体的设计与合成。近期，该团队创制一类新非线性光学晶体——全波段相位匹配晶体，该类晶体基于应用最为广泛的双折射相位匹配技术，且可以实现对晶体材料透过范围内任意波长的相位匹配。基于此，团队获得一例非线性光学晶体（GFB）。实验通过多级变频的方案或光参量技术方案，研究晶体在整个透过范围内的直接倍频输出能力，基于相位匹配器件已经实现193.2-266 nm紫外/深紫外可调谐激光输出，验证其该晶体全波段相位匹配能力，使该晶体成为目前首例且唯一一例实现了全波段双折射相位匹配的紫外/深紫外倍频晶体材料。该晶体具有优异的线性和非线性光学性能，如短紫外截止边、大有效倍频系数、短相位匹配波长和高抗激光损伤阈值等。

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《Metabolic Engineering》丨高通量筛选氨基酸高产菌株的新策略来了

氨基酸的生产现状及AMINO策略的示意图

氨基酸是构成生命的物质基础。当下，氨基酸广泛应用于食品、动物饲料、制药和化妆品行业。到2026年，全球氨基酸市场价值预计将达到296亿美元，复合年增长率(CAGR)为6-8%。微生物发酵是氨基酸生产的主要方法，占全球氨基酸产量的80%。而发酵的关键是获得高性能的发酵菌株。目前，氨基酸高产菌株的选育主要依靠构建突变库和后续筛选，突变库的建立方法已经较为成熟，筛选策略就很大程度上决定了最终能否获得理想的氨基酸高产菌株。

近日，北京理工大学霍毅欣教授团队为氨基酸高产菌株的高通量筛选提供了一种通用、便捷且无毒的策略，极大地提升了氨基酸高产菌株筛选策略的可操作性，普适性和通量。仅需引入改造后的tRNA和筛选标记基因，即可实现对20种天然氨基酸、各种非蛋白质氨基酸、用于氨基酸生物合成的高效酶和生物元件以及氨基酸衍生物的高产菌株筛选。该策略背后的机制可能会为构建用于参与其他双底物反应的底物高产菌株提供新的思路。此外，团队系统地总结了氨基酸高产菌株筛选领域的最新进展，全面回顾了基于营养缺陷型、基于生物传感器和最新的基于翻译过程的氨基酸高产菌株的筛选策略，详细讨论了这些策略的设计原则、应用范围、工作效率、筛选精度和普适性。

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《Plant, Cell & Environment》丨植物学家找到调控植物内在生命节律的“开关”

BBX28/BBX29精细调控生物钟周期的工作模型

《周易》中有这样一句话“天地革而四时成”，意思是天地变化形成四季，养育万物。对应地，地球上的生物体内也都一种无形的“时钟”——生物钟，这就是生物为了适应地球自转、公转产生的昼夜更替以及季节更替而形成的一种节律性生命活动规律，它精密调控着机体各项重要的生理功能。聚焦到植物看，当植物内源生物钟系统和外界光—暗周期相一致时，植物会获得最佳生长，因此，维持较为稳定的生物钟周期对植物生长发育至关重要。生物钟相关农作物育种、农业研究有助于获得更高的产量和更低的投入。
中国科学院植物研究所王雷研究组近期发现植物细胞内新的生物钟调控因子BBX28和BBX29，并揭示这些调控因子通过与生物钟核心组分PRRs互作，精细调控生物钟周期的机制。具体来说，B-box类蛋白进化上都相对保守，BBX28和BBX29是其第五亚家族成员。因此，该研究也可能会为其水稻、大豆等作物的生物钟调控机制提供借鉴意义。欲了解更多前沿科技进展

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