据不完全统计，在刚刚过去的2017年，北大发表（含合作发表）SCI论文近9000篇。今天我们以盘点北大在自然科学领域，2017年度部分发表在国际顶级期刊上的重大学术成果的方式，回望2017年的北大学术，感受北大学术的领先创新角色。
本期，官微精选了二十项北大在自然科学领域的重要科研成果，这二十篇论文涉及的研究领域，囊括物理、化学、生物、医学、信息等各个方面，既有“高大上”的微腔光学、碳纳米管，也有“接地气”的气候变暖研究、PM2.5污染；有的关注工业，取得低温工业产氢过程的新突破，有的聚焦生命，揭示出DNA和花粉管的奥秘......
下面，就让我们来了解下这些具体成果吧！
由于篇幅所限，今天分享的仅为数以千计的北大学者所做学术成果的小小一部分，感兴趣的读者欢迎前往北大官网科研专题进一步了解北大更多的科研动态。
Science发表信息科学技术学院彭练矛-张志勇教授课题组5 nm碳纳米管CMOS器件研究成果
2017年1月20日，Science在线发表了信息科学技术学院博士后邱晨光为第一作者，张志勇、彭练矛为共同通讯作者的5 nm碳纳米管CMOS器件研究成果。
碳管CMOS器件与传统半导体器件的比较
A、基于碳管阵列的场效应晶体管结构示意图，B～D、碳管CMOS器件与传统材料晶体管的比较
该成果表明碳纳米管CMOS器件不仅在10 nm以下的技术节点较硅基CMOS器件具有明显优势，且有望达到由测不准原理和热力学定律所决定的二进制电子开关的性能极限。研究展现出碳纳米管电子学的巨大潜力，为2020年之后的集成电路技术发展和选择提供了重要参考。
17.1.20 Science期刊封面
Science发表肖云峰、龚旗煌课题组在微腔光学研究中的突破性成果
2017年10月20日，Science发表北京大学物理学院、人工微结构和介观物理国家重点实验室“极端光学创新研究团队”肖云峰研究员和龚旗煌院士领导的课题组在微腔光学研究中的突破性成果。
混沌辅助的宽带光子动量转换示意图
（由Second Bay Studios制作）
团队提出混沌辅助的光子动量快速转换的新原理，实现了超高品质因子光学微腔和纳米尺度波导的超宽带耦合，突破了微纳光学器件近场耦合需要相位匹配（即动量守恒）的限制。
17.10.20 Science期刊封面
JAMA发表北大第三医院乔杰院士和洪天配教授共同领导的随机对照临床试验POSTAL研究结果
2017年12月12日，JAMA（《美国医学会杂志》）正式发表了北京大学第三医院（北医三院）内分泌科、生殖医学中心、临床流行病学研究中心等组成的跨学科研究团队合作完成的随机对照临床试验（RCT）的研究结果。
《美国医学会杂志》正式发表POSTAL研究的截图
这项RCT研究的名称为：甲状腺功能正常的甲状腺自身免疫状态妇女接受左旋甲状腺素治疗后的妊娠结局研究（Pregnancy Outcome Study in enthyroid women with Thyroid Autoimmunity after Levothyroxine，简称POSTAL研究）。
该研究是甲状腺自身免疫状态与体外受精-胚胎移植（IVF-ET）妊娠结局相关研究领域迄今为止国际上报道的临床研究中样本量最大的RCT研究。本研究结果提示，甲状腺功能正常但甲状腺自身抗体阳性的不孕症女性在进行IVF-ET过程中不需要预防性应用左旋甲状腺素，但需要监测甲状腺功能的变化。
《美国医学会杂志》正式发表POSTAL研究的截图
JAMA Psychiatry杂志报道北京大学第六医院陆林教授课题组消除烟瘾的新方法
2017年3月1日，JAMA Psychiatry（《美国医学会杂志·精神病学》）杂志发表了北京大学第六医院陆林教授课题组关于消除烟瘾新方法的研究。北京大学中国药物依赖性研究所的薛言学副研究员和北京大学第六医院的邓佳慧博士为该论文的共同第一作者，陆林教授为通讯作者。
《美国医学会杂志·精神病学》正式发表该研究的截图
该研究成功实现了从动物研究到临床试验的成果转化，首先在动物尼古丁成瘾记忆模型中发现，采用小剂量尼古丁作为非条件性刺激唤起成瘾记忆后，在再巩固时间窗内给予普萘洛尔可以有效消除动物所有的尼古丁成瘾记忆。
在吸烟成瘾人群中进一步研究发现，给予非条件性刺激后，在再巩固时间窗内口服普萘洛尔可以消除吸烟相关的记忆，降低多种吸烟相关线索诱发的心理渴求。陆林教授课题组的这一开创性研究成果为难以戒烟的人群带来福音，有望攻克尼古丁依赖等病理性记忆相关精神心理问题无长期有效治疗方法这一医学与社会难题。
Nature、Science报道北大化学与分子工程学院马丁课题组低温工业产氢过程新突破
2017年4月6日，Nature报道了北京大学化学与分子工程学院马丁课题组与大连理工大学石川、美国布鲁克海文国家实验室Jose A. Rodriguez、中国科学院大学周武、山西煤化所/中科合成油温晓东等课题组合作在低温工业产氢过程取得的新突破。
Pt/α-MoC 结构的表征和催化甲醇重整的活性
该研究突破了以可还原性载体分散贵金属为低温变换催化剂的传统研究思路，利用过渡金属碳化物热稳定性好且与被分散金属有较强相互作用的特点，构建了双功能碳化物负载金催化剂Au/α-MoC：立方相α-MoC低温活化解离H2O，被分散的金促进低温CO吸附活化，在界面处完成重整反应并生成H2。
该催化剂有效解决了水煤气变换反应低温条件下高反应转化率与高反应速率不能兼得的难题，同时在高温活化和反应条件下表现出优异的结构稳定性。该研究工作构建了新的低温产氢体系，为氢能经济的推广以及氢气纯化过程提供了新的思路。
2017年6月22日，Science也报道了该成果。
17.6.23 Science期刊封面
Cell发表论文报道北大邓宏魁研究组建立具有胚内和胚外发育潜能的新型多能干细胞
2017年4月6日，Cell在线发表北京大学生命科学学院邓宏魁研究组建立具有胚内和胚外发育潜能的新型多能干细胞的成果。邓宏魁教授为本文的通讯作者，合作课题组Salk研究所的Juan Carlos Izpisua Belmonte教授以及北京大学人民医院生殖中心的沈浣教授为共同通讯作者；杨杨、刘蓓、徐君、王金琳、吴军为本文共同第一作者。
发育生物学研究的一个根本性的科学问题是如何在体外建立具有发育为整个生命个体能力的干细胞系，其代表性工作是多能（pluripotent）干细胞的建立。但多能干细胞的发育潜能仅限于胚胎内的组织，如何在体外建立并维持具有胚内和胚外发育潜能的干细胞系是当前干细胞研究领域最富挑战性的难题之一。
邓宏魁研究组通过化学小分子筛选，开发了一种全新的培养体系，能够建立具有胚内和胚外发育潜能的小鼠和人干细胞系。这一全新的干细胞被命名为潜能扩展的多能干细胞（Extended Pluripotent Stem Cells），简称为EPS细胞。研究结果表明EPS细胞同时具有胚内和胚外的发育潜能。
EPS细胞具有胚内和胚外的发育潜能
该项研究首次在体外建立了同时具有胚内和胚外发育潜能的干细胞系，即EPS细胞。EPS细胞为研究哺乳动物早期胚胎尤其是胚外组织发育的分子机制提供了新的工具，为未来在多个物种中广泛建立具有全能性特征的干细胞系提供了新的起点，对于干细胞研究具有重要的意义。
17.4.6 Cell期刊封面
Nature杂志发表张锦课题组在碳纳米管水平阵列的结构控制生长方面取得的突破
2017年2月15日，Nature杂志在线发表了化学与分子工程学院张锦课题组在碳纳米管水平阵列的结构控制生长方面取得的突破。
单壁碳纳米管的结构控制生长
张锦教授课题组提出了一种利用碳纳米管与催化剂对称性匹配的外延生长碳纳米管的新方法，通过对碳纳米管成核的热力学控制和生长速度的动力学控制，实现了结构为（2m, m）类碳纳米管水平阵列的富集生长。他们选用碳化钼为催化剂，制备了纯度高达90%，结构为（12, 6）的金属性碳纳米管水平阵列，密度为20根/微米。他们还用碳化钨做催化剂，制备了结构为（8, 4）的半导体性碳纳米管水平阵列，其纯度可达80%。
该研究为单壁碳纳米管的单一手性可预测生长提供了一种新方案，也为碳纳米管的应用，尤其是碳基电子学的发展奠定了基础。
Science杂志发表生命科学学院李晴研究组揭示RPA在DNA复制偶联的核小体组装过程中作用的论文
RPA介导DNA复制偶联的核小体组装模型
该工作发现单链DNA结合蛋白RPA通过结合组蛋白H3-H4，形成一个高效的平台递呈组蛋白到新合成子链起始核小体组装。这一发现揭示了一条全新的DNA复制和核小体组装的偶联机制，可大大促进染色质复制领域的发展。
17.1.27 science期刊封面
Science发表生命科学学院瞿礼嘉教授课题组揭示植物中调控花粉管细胞完整性与精细胞释放的分子机制的成果
2017年12月15日，Science在线发表了北京大学生命科学学院、北大-清华生命科学联合中心瞿礼嘉课题组揭示植物中调控花粉管细胞完整性与精细胞释放的分子机制的研究论文。
拟南芥BUPS-ANX受体复合体以及RALF小肽信号调控花粉管细胞完整性与精细胞释放的示意图
该论文首次找到了拟南芥有性生殖过程中参与控制花粉管细胞完整性与精细胞释放的信号分子及其受体复合体，并揭示了该过程的分子调控机制。
17.12.15 Science期刊封面
Cell发表张泽民、彭吉润、欧阳文军团队关于肝癌肿瘤免疫微环境的重要成果
2017年6月16日，Cell杂志发表了北京大学生命科学学院BIOPIC中心、北京未来基因诊断高精尖创新中心、北大-清华生命科学联合中心张泽民研究组，首都医科大学附属北京世纪坛医院暨北京大学第九临床医学院肝胆胰外科彭吉润研究组，以及美国AMGEN公司的欧阳文军研究组的研究论文。
肝癌单细胞测序
该项工作是国际上首次大规模针对肿瘤相关T细胞的单细胞组学研究，提供了极有价值的数据资源，为多角度理解肝癌相关的T细胞特征奠定了基础。
肿瘤浸润免疫细胞单细胞测序研究
该项工作的数据积累、科学发现和理论推演有望促进已有的免疫治疗方案在肝癌中的临床应用，并有助于发现有效的针对肝癌治疗免疫治疗靶点，进而加速创立新的肝癌免疫疗法。同时，该项工作也为肿瘤免疫的图谱勾画作出了范式，为今后对其他肿瘤开展类似的研究及各类肿瘤免疫的发展提供了基础。
PNAS发表心理与认知科学学院纳家勇治研究组阐明时序记忆的神经机制的文章
2017年12月，PNAS报道了北京大学心理与认知科学学院和麦戈文脑科学研究所纳家勇治课题组采用清醒猴电生理技术研究时序记忆的神经机制所取得的重要进展。论文的第一和通讯作者是纳家勇治研究员，其他作者包括课题组博士研究生陈翮和杨岑以及纽约大学Wendy Suzuki教授。
恒河猴的记忆相关脑区
在本研究中，纳家勇治研究组对前额叶神经元在时序记忆任务中的活动模式进行了探究，并与内侧颞叶区神经元进行了比较。
实验流程及神经电生理结果
研究发现，在编码阶段，前额叶表征了特定的物体身份和时序的组合，并且有显著的物体选择性延时活动。相对地，内侧颞叶表征了受时序信号和递增时间信号调制的物体信息。
因此，虽然前额叶、内侧颞叶两个脑区的神经元都表征了物体的身份、时序或两者的组合信息，但是它们的编码策略迥异。前额叶的神经元表现出对物体身份和时序更为独立的选择性，提示其可能以非线性算法整合任务相关的变量，从而表征更高维的信息，为解决多样的任务提供计算优势。而内侧颞叶则稳定地表征物体及其搭载的时间信息，实时编码我们正在经历的场景，为后续的记忆提取做准备。
PNAS杂志发表城市与环境学院朴世龙教授研究组在气候变暖对全球主要农作物产量的影响领域取得的最新研究进展
2017年8月15日，PNAS杂志报道了北京大学城市与环境学院朴世龙教授研究组在气候变暖对全球主要农作物产量的影响领域取得的最新研究进展。
粮食产量的多方法估计
全球温度每增加1 ℃对于五个主要国家的每种作物的影响：（A）小麦（B）大米（C）玉米（D）大豆
研究团队通过整合全球范围内已发表的、基于不同尺度和方法的研究结果，系统地评估了全球变暖对小麦、水稻、玉米和大豆产量的影响。该研究结果较全面评估了气候变暖对全球主要农作物的影响，为全球各国因地制宜地制定适应气候变暖的农业政策和农田管理措施提供了有力依据。
PNAS在线发表北京大学邓兴旺、朱丹萌团队取得植物光信号转导调控研究新进展
2017年3月14日，PNAS在线发表北京大学邓兴旺、朱丹萌团队在植物光信号转导调控研究方面的新进展。
COP1/SPA复合体通过非蛋白降解途径抑制植物幼苗光形态建成
这项研究在拟南芥中揭示了COP1抑制光形态建成的新作用层面，拓展了人们对于植物光形态建成精细调控的新认识。鉴于COP1在动植物体系中的功能重要性与保守性，该研究结果对于深入发掘动植物中COP1的新功能与作用机制提供了重要启示。
PNAS发表生命科学学院赵进东课题组在酰胺酶影响丝状蓝细菌细胞间物质交流机制方面取得的新进展
2017年2月6日，PNAS在线发表生命科学学院赵进东课题组在酰胺酶影响丝状蓝细菌细胞间物质交流机制方面取得新进展。该论文的第一作者为赵进东课题组2011级博士研究生郑正高，赵进东教授和美国芝加哥大学Robert Haselkorn教授为论文的共同通讯作者。
AmiC3影响蓝细菌nanopores扩张性的电镜图
（A、C、E：野生型蓝细菌WT；B、D、F：AmiC3缺失突变体M40）
该项工作发现酰胺酶（amidase）对蓝细菌细胞间的物质交流（intercellular communication）以及异型胞分化是必须的，揭示了细胞间的物质交流对格式（pattern）形成的重要作用。
PNAS发表北大生命科学学院王忆平课题组在生物固氮研究领域再次取得的突破性进展
2017年2月13日，PNAS期刊发表了北大生命科学学院王忆平课题组在生物固氮研究领域再次取得的突破性进展。王忆平课题组的博士后杨建国和博士生谢夏青为文章的共同第一作者，英国JIC研究中心Ray Dixon教授和北京大学生命科学学院王忆平教授为该研究论文的共同通讯作者。
固氮酶系统导入植物细胞器潜在电子供给示意图
图内实线标示为植物靶细胞器内固有的组分，虚线标示为外源导入的组分
该研究成果，一方面解决了固氮酶系统转入植物靶细胞器后，还原力供给的问题；另一方面进一步减少了需要导入植物细胞器的固氮酶系统基因数目（如：铁铁固氮酶系统将最少只需要8个基因）。另外，植物叶绿体中的电子传递链模块为植物光合作用中还原力分配的核心组件，该研究为光合作用和生物固氮相偶联提供了新的思路（见上图），以实现植物自主固氮这一终极目标有着极其重要的指导意义。
Nature Biotechnology发表黄岩谊课题组在DNA测序方法的研究上取得的重要突破
2017年11月6日，Nature Biotechnology发表北京大学生物动态光学成像中心/北京未来基因诊断高精尖创新中心/工学院/北大-清华生命科学联合中心黄岩谊教授课题组在DNA测序方法的研究上取得重要突破。该论文作者包括北京大学博士后陈子天，博士研究生周文雄、乔朔、康力，段海峰副研究员，谢晓亮教授和黄岩谊教授；黄岩谊是这篇文章的通讯作者。
4种碱基的抽象结构
该团队在此前谢晓亮教授首创的荧光发生测序技术基础上发展了一种全新概念的测序方法——纠错编码（简称ECC）测序法。ECC测序法采取一种独特的边合成边测序（SBS）策略，利用多轮测序过程中产生的简并序列间的信息冗余，大幅度增加了测序精度。
Nature Microbiology发表北大生命科学学院李毅课题组在昆虫共生菌帮助病毒传播方面取得的最新发现
2017年3月，Nature Microbiology杂志发表了北大生命科学学院李毅课题组在昆虫共生菌帮助病毒传播方面取得最新发现。李毅教授为该文的共同通讯作者。
Sulcia携带水稻矮缩病毒（RDV）进入雌性黑尾叶蝉的卵细胞
(A).RDV的外壳蛋白P2与细菌Sulcia的外膜蛋白OMP直接相互作用，细菌外膜凹陷形成包含病毒的椭圆形小泡。(B).RDV病毒粒子直接附着在Sulcia的外壳上，通过Sulcia携带着病毒通过上皮栓进入卵细胞。
该研究发现，黑尾叶蝉的共生细菌Sulcia可以与水稻矮缩病毒相互作用并携带病毒通过上皮组织进入卵母细胞，从而帮助病毒经卵垂直传播给叶蝉的后代。
Nature Geoscience发表物理学院杨军和胡永云课题组在行星气候演化和宜居性研究中取得的重要成果
2017年7月31日，Nature Geoscience在线发表北京大学物理学院大气与海洋科学系杨军和胡永云教授及其合作者在行星气候演化和宜居性研究中取得的重要成果。
杨军和胡永云等的结果表明：冰行星变为宜居星球并不是冰融化为水那么简单，冰行星或卫星的气候演化将跳过宜居状态，直接从极端寒冷变为极端炎热的气候态。
从冰雪世界突变到极端炎热的温室逃逸气候
Nature Geoscience对该文章进行了亮点报导，指出，杨军和胡永云团队的研究发现，融化冰行星所需要的恒星辐射是如此之强，以至于冰行星跳过温和、适宜生命存在的气候态，直接进入足以让水沸腾和完全蒸发的气候态。
该论文第一作者是杨军，杨军和胡永云为共同通讯作者，论文合作者包括芝加哥大学丁峰博士、康奈尔大学R. M. Ramirez博士、多伦多大学W. R. Peltier教授和北京大学刘永岗研究员。该项目是在国家自然科学基金项目资助下完成的。
Nature发表工学院席鹏课题组关于实现超分辨显微成像新技术的论文
2017年2月22日，Nature在线发表北京大学工学院席鹏课题组与澳大利亚麦考瑞大学、澳大利亚悉尼科技大学、上海交通大学合作，在超分辨显微技术方面取得的重要突破。
利用30 mW的低功率在上转换纳米粒子上实现了28 nm的光学分辨率
该工作通过高掺稀土上转换纳米粒子，将传统超分辨的光强降低了2-3个数量级，并揭示了由光子雪崩效应带来的受激辐射增强机制。这一机制使得研究小组仅用30 mW的连续激光，即可实现28 nm的超分辨，仅为激发波长的1/36。
Cell杂志报道北京大学分子医学研究所陈雷研究组与合作者高宁研究组研究KATP通道结构取得的重要成果
2017年1月12日，Cell杂志发表北京大学分子医学研究所、北京大学-清华大学生命科学联合中心研究员陈雷研究组与合作者高宁研究组研究KATP通道结构取得的重要成果。
上图为KATP通道Kir6.2亚基和SUR1亚基的结构域示意图，下图为KATP冷冻电镜结构。绿色代表Kir6.2亚基，黄色代表SUR1 TMD0结构域，紫色代表TMD1-NBD1结构域，蓝色代表TMD2-NBD2结构域。
该研究解析了ATP敏感的钾离子通道（KATP）的中等分辨率（5.6 Å）冷冻电镜结构，揭示了KATP组装模式，为进一步研究其工作机制提供了结构模型。
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