一周前沿科技盘点丨“女娲”图谱揭示基因组多态性，深化基因调控理解；“反呼吸”奇观：活动星系核的新发现

人类基因组中，超过一半的区域由重复序列组成。这些重复序列在人类进化过程中高度变化，丰富了基因组的遗传多样性。可变数目串联重复序列可以通过长度扩增来增加患病风险，它的重复基序的变化具备独立的致病效应。而受限于样本量、测序深度、人群多样性及识别算法等因素，在已有的人群规模的基因组测序项目中，可变数目串联重复序列的遗传研究不足，导致人类基因组中部分遗传力缺失。对此，中国科学院研究团队进行了相关探索。

活动星系核的紫外和光学光谱存在较多宽度超过1000公里每秒的宽发射线。宽发射线的辐射区称为宽线区。宽线区中的气体速度高，在中心吸积盘高能光子的光致电离作用下产生宽发射线。研究宽线区的结构和动力学性质可以帮助科学家测量中心超大质量黑洞的质量，并能够揭示活动星系核内部的物理过程。而宽线区的复杂运动学和空间分布不完全清晰。近日，中国科学院云南天文台科研人员与合作者取得了突破性进展。

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120期。

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《Cell Genomics》丨“女娲”图谱揭示基因组多态性，深化基因调控理解

研究解析人类基因组小卫星多态性图谱

人类基因组中，超过一半的区域由重复序列组成。这些重复序列在人类进化过程中高度变化，丰富了基因组的遗传多样性。可变数目串联重复序列（VNTRs）又称小卫星DNA，是一类重复基序超过6 bp且重复次数通常在10次至60次的DNA串联序列。有研究发现，VNTR可以通过长度扩增来增加患病风险，VNTR的重复基序的变化具备独立的致病效应。而受限于样本量、测序深度、人群多样性及识别算法等因素，在已有的人群规模的基因组测序项目中，VNTR的遗传研究不足，导致人类基因组中部分遗传力缺失。

近日，中国科学院院士、生物物理研究所研究员徐涛团队与研究员何顺民团队利用140多个国家和地区的8,222例高深度全基因组测序数据，构建了全球人群VNTR多态性遗传图谱——“女娲”VNTR多态性图谱，解析了VNTR的功能特征，特别是VNTR在基因表达中的调控作用。

此次发布的“女娲”VNTR多态性图谱完成了“女娲”基因组资源对人类基因组中主要重复序列元件的全覆盖，是剖析重复序列元件变异的重要参考。这一成果拓展了现有遗传研究中重复序列元件变异规模，为探讨重复序列元件在基因调控中的作用提供了新视角，并为未来的临床研究和基因型-表型关联研究提供了参考。

原文链接：

https://www.cell.com/cell-genomics/fulltext/S2666-979X(24)00328-8

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《The Astrophysical Journal》丨“反呼吸”奇观：活动星系核的新发现

活动星系核的紫外和光学光谱存在较多宽度超过1000公里每秒的宽发射线。宽发射线的辐射区称为宽线区。宽线区中的气体速度高，在中心吸积盘高能光子的光致电离作用下产生宽发射线。研究宽线区的结构和动力学性质可以帮助科学家测量中心超大质量黑洞的质量，并能够揭示活动星系核内部的物理过程。而宽线区的复杂运动学和空间分布不完全清晰。

近日，中国科学院云南天文台科研人员与合作者利用丽江天文观测站2.4米望远镜对变脸活动星系核NGC 4151进行了为期4年的反响映射观测。结果显示，NGC 4151的多条宽发射线存在显著的分层现象，即不同发射线起源于宽线区中不同的半径范围。同时，研究发现，NGC 4151存在异常的“反呼吸效应”。

按照传统理论，活动星系核亮度增加时，宽线区半径应随之扩展，导致宽发射线的时间延迟增加即“呼吸效应”。而NGC 4151的观测结果却显示宽发射线的时间延迟随着亮度的增加而缩短。这一“反呼吸效应”可能与活动星系核紫外-光学光变之间的时间延迟相关。进一步研究通过速度分辨时间延迟分析发现，NGC 4151宽线区的几何结构和动力学性质在不到一年的时间尺度上发生了显著变化。这种快速变化无法单纯通过宽线区的不均匀分布、辐射压力变化或电离辐射场的变化来解释，表明宽线区的物理特性比以往认知更加复杂，或受到多种机制的共同驱动。

上述成果深化了科学家对宽线区动力学和几何结构演化的认知，为未来利用长时间尺度、多波段观测研究活动星系核内部结构提供了借鉴。后续，该团队将结合高时间分辨率观测数据，进一步分析宽线区与吸积盘之间的相互作用，以揭示其动力学演化的物理机制。

原文链接：

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ad8568

3

《Nature Methods》丨新AI模型突破性提升虚拟筛选效率

SurfDock架构图

研究蛋白-配体相互作用是分子生物学和生物化学的基础。从酶催化到信号传导，这些相互作用构成了众多细胞过程的核心。研究蛋白-配体相互作用对基于结构的药物设计至关重要，科研人员可据此发现或设计与特定蛋白质结合的配体。科学家利用AI技术能够更精准地剖析蛋白-配体相互作用，加速药物发现进程。

近日，中国科学院上海药物研究所郑明月团队开发出基于生成式AI的蛋白-配体复合物结构预测方法SurfDock。这一方法利用蛋白质表面信息构建几何扩散神经网络，高精度自动生成配体结合构象。这一模型将多种蛋白质信息如表面特征、残基结构特征和预训练序列特征整合到表面节点的表示中，配备SurfScore内部评分模块，通过对蛋白-配体复合物的训练来评估构象的置信度。同时，SurfDock整合了可选的基于力场的优化步骤，进一步提升了性能。这些设计使得SurfDock在多个基准测试中展现出优异的对接能力，其生成构象的合理性超越现有的深度学习方法。

SurfDock能够适应新的蛋白质、口袋和空结构，在处理高度柔性的配体时表现出色。在实际应用中，研究通过针对ALDH1B1的筛选实验证实了SurfDock的实用价值，快速筛选出7个具有新骨架的先导分子。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41592-024-02516-y

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《IEEE Transactions on Industrial Informatics》丨智能自适应学习打破工业预测瓶颈

面向非平稳时间序列预测任务的持续学习框架

工业时间序列是反映生产过程的结构化数据。工业时间序列的分析和预测对优化工业流程、提升效率具有重要意义。而工业生产过程的动态变化导致时间序列数据分布漂移，使得传统静态预测模型无法长期保持高效性。传统的模型更新方法如重新训练的计算和存储成本高昂，增量微调的方式易导致已学模式的灾难性遗忘。这限制了现有模型在非平稳工业环境中的应用效果。

中国科学院沈阳自动化研究所提出了面向非平稳工业时间序列预测的自适应持续学习（ACL）方法，提升了预测模型的适应性和泛化能力。该研究从网络训练和网络结构两个方面改进了持续学习方法。研究通过基于提示的网络参数学习保留了先前任务的“暗知识”，缓解灾难性遗忘，并引入软记忆缓冲区使模型能够更好地学习当前任务，进而在稳定性与可塑性之间实现平衡。进一步研究在网络结构层面提出了时间敏感的激活函数TimeRelu，使网络激活阈值随时间变化，从而提高了模型的泛化能力。这一方法在开源的太阳能发电数据集和实际的磨矿分级过程数据集上验证了有效性。

这一成果有望应用于智能矿山、钢铁冶金等复杂工业场景中的预测性维护和生产过程优化等场景。下一步，该团队将针对任务划分的自动化和概念漂移检测等问题开展研究，探讨元学习等前沿技术在增强模型动态适应能力方面的潜力。

原文链接：

https://ieeexplore.ieee.org/document/10731843

5

《Advanced Materials》丨新型含氟交联剂革新聚合物半导体光刻性能

侧链含氟代芳基叠氮的聚合物半导体交联剂

高迁移率聚合物半导体的设计合成已取得进展，但将聚合物半导体的可溶液加工、本征柔性这些独特性质应用于集成电路面临困难。在集成电路中，对聚合物半导体进行图案化加工，可以降低漏电流，避免相邻器件间的串扰，降低电路整体功耗。目前，可控光化学交联技术是与现有微电子工业光刻工艺相兼容的图案化方式。特别是发展高效的化学交联剂至关重要。

中国科学院化学研究所张德清课题组在前期成果的基础上，发展了侧链末端含氟代芳基叠氮的新型聚合物半导体交联剂。该研究以常用小分子交联剂4Bx为参比，评估了PN3对n型、p型和双极型聚合物半导体的光刻图案化性能。研究发现，PN3比小分子交联剂4Bx具有更高的灵敏度；PN3与3种聚合物半导体共混后，薄膜的表面形貌、链间堆积及迁移率几乎不受图案化过程影响。

进一步研究显示，该聚合物半导体交联剂的光刻性能优于小分子交联剂。这是由于氟代苯基叠氮均匀分布在聚合物侧链末端，一个聚合物分子上有多个交联位点；相比于常用的小分子交联剂，聚合物半导体交联剂在常规聚合物半导体薄膜中分散得更均匀。

上述研究为光刻加工柔性集成电路提供了可能的材料设计思路。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202407305

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《eLife》丨瞳孔反应解锁生物运动情绪的秘密

知觉与解读他人的情绪，对个体的社会交往和生存进化具有重要意义。面孔是常见的传递他人内在情绪状态的非言语社会线索。除面孔外，生命体的运动也传递着他人内在状态的重要线索。即便当生物运动由极度简化的、附着在头部和关节处的点光源运动表达时，人们依旧能够准确地识别出其中的情绪信息。目前，鲜有关于生物运动情绪信息加工机制的研究。

瞳孔大小不依赖于外在任务，能够自动化地揭示相关加工过程并实时反映当下的认知状态。中国科学院心理研究所蒋毅研究组研究员王莉采用这一指标，揭示了生物运动情绪信息的多水平加工机制及其与自闭特质的关联。该研究采用被动观看范式结合眼动记录技术，收集个体的自闭特质分数，通过4个实验考察了生物运动情绪信息对瞳孔反应的调节及其与自闭特质的关联。

这一研究揭示了生物运动存在多水平情绪加工机制，即完整生物运动的情绪信息以精细的方式调节瞳孔大小，而局部生物运动的情绪信息则以快但较为粗糙的方式调节瞳孔大小。从功能性角度分析，这一分离的情绪加工机制可能以不同的方式发挥作用。前者作为快速检测机制，自动捕捉由生命体传递的情绪信息，无需进行详细分析；后者通过对其运动模式和整体形状的细致分析来进行更具体的情绪识别。

该研究在完整生物运动中观察到的情绪调节与个体自闭特质成显著负相关，为情绪相关瞳孔调节效应在社会认知障碍早期诊断中的应用提供了实验证据。

原文链接：

https://elifesciences.org/articles/89873

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