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巴塞罗那大学细胞生物学系主任Eduardo Soriano教授领导的IRB Barcelona研究团队，在2012年5月8日的Nature Communications上发表了一项研究，他们发现了一个含六个基因的新家族，该家族在神经元中调节线粒体的定位和活动。
许多神经学疾病，包括帕金森症和各类型腓骨肌萎缩症Charcot-Marie-Tooth，都是由控制线粒体转运（为细胞功能提供能量）的基因变异引起的。
“我们发现了一组在神经系统高表达的新基因，在神经系统活性和发育至关重要的生物过程，它们起着独特作用，”IRB Barcelona神经生物学和细胞再生组的领导者Eduardo Soriano解释道。
神经元能量供给是由调节线粒体动力学的分子机制控制的，该机制包括驱动蛋白Kinesin、线粒体融合蛋白Mitofusins、Miro1-2 和Trak2 蛋白。研究人员在线粒体中发现了控制线粒体动力学的一类新蛋白家族。这个蛋白家族由位于X染色体上的一系列包含armadillo (Arm) 重复结构的基因编码。
通过比较基因组分析，科学家发现该Armcx基因簇只存在于进化程度较高的哺乳动物中，这类哺乳动物以体内受精和发育为特征，被称为真哺乳亚纲（Eutheria）。并且这些基因是由同一个祖先（Armc10基因）进化而来的。“该发现暗示了进化与线粒体生物学的关联。当大脑的大小、功能和结构进化时，线粒体转运过程也变得更复杂，而可能需要额外的调节机制，”Soriano说。“我们在原始哺乳动物（如有袋类哺乳动物（袋鼠）和尚存的胎盘哺乳动物）中，发现了这些新基因的起源，说明它们与人类进化史上大脑皮层复杂性的提高相关，”该研究的作者之一，遗传系教授、BKC附属中心IBUB成员Jordi Garcia-Fernàndez补充到。
研究人员发现在发育中的和成熟的神经系统中，该Armcx基因簇高度表达。进一步的研究发现Armcx3表达水平可以调节线粒体动力学和神经元之间的转运，而Alex3通过Ca2+依赖方式与Kinesin/Miro/Trak2复合体相互作用。
大脑正常功能需要很高的能量。而且能量必须在神经元之间合理分配——从大脑到四肢，这些带有分支细胞能长达数十厘米。该Armcx基因簇形成了线粒体“wheel”车轮机制的一部分，该机制依据每个细胞的能量需求来调节它们的定位。“它们就像细胞线粒体传输的额外控制，能与线粒体传输的主要调节蛋白相互作用。”
Armcx基因簇的蛋白产物还有一个惊人特性，它们不仅存在于线粒体中（其作用已知），还存在细胞核中，而它们在细胞核内的功能还是未知的。“这些新蛋白可能参与了基因表达的调节，目前我们正在研究这种可能性。”这些蛋白除了对大脑病理学有潜在影响，研究者相信它们可能与代谢类疾病和癌症也有关联。
（生物通编辑：叶予）
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人类大脑中大约存在有1000亿个神经元细胞，使我们能够思考、感觉和行动。它们通过一种称为轴突的长神经纤维将电冲动传递至远端的大脑区域和机体。这种通讯需要巨大的能量，这些能量是通过神经元由糖类生成。轴突与神经胶质细胞密切相关，一方面，利用电绝缘髓鞘包绕它们，另一方面对它们的长期功能起支持作用。
近日来自马克斯-普朗克实验医学研究所的Klaus Armin和他的研究组发现了大脑中这些神经胶质细胞支持轴突和长期维持它们活性的可能机制。相关论文发布在《自然》（Nature）杂志上。
少突胶质细胞是中枢神经系统中一群高度特化的神经胶质细胞。它们负责形成环绕神经纤维作为绝缘层的富含脂肪髓鞘。一个显著的例子就是比作电缆上的绝缘层，然而相比电缆的绝缘层髓鞘的功能要多得多：它能够提高轴突的传输速度，减少持续的能量消耗。髓鞘对于正在发挥功能的神经系统极其重要，绝缘层缺陷可导致诸如多发性硬化症等疾病发生。
有趣的是，少突胶质细胞的功能远远不止是提供髓鞘。Klaus-Armin Nave和他的研究小组曾在数年前成功证实除了髓鞘形成，健康神经胶质细胞对于轴突自身的长期功能和存活也是至关重要的。“然而直到现在我们都还不清楚少突胶质细胞是通过何种方式在功能上支持它们的相关轴突的，”Nave说。在新研究中，研究人员证实神经胶质细胞参与了为神经纤维补充能量。“它们可以被描述为轴突数据高速公路上的加油站，”Nave对这些研究结果进行解释时说。
然而能量补给是如何运作的？在少突胶质细胞与轴突之间是否存在着一种代谢联系？为了弄清这一点，Ursula Fünfschilling构建出了遗传修饰的小鼠：在少突胶质细胞中通过使Cox10基因失活有意地破坏线粒体功能。这影响了线粒体中糖分解的最后阶段——这一过程被称为呼吸链。由于细胞色素氧化酶只在细胞存在Cox10酶时有功能，如果呼吸链中的链环缺失，在这种情况下神经胶质细胞会逐渐丧失线粒体中细胞呼吸的能力。“没有自主呼吸，操纵的神经系统胶质细胞就会死亡，”Ursula Fünfschilling解释说。除非利用来自糖分解形成丙酮酸或乳酸的低水平能量，这一过程称为糖酵解，来满足它们的需要。
这恰恰是科学家们在他们的小鼠中观察到的：动物髓鞘以这种正常的方式初步形成。在这一点线粒体呼吸链开始受损，似乎并不会影响中枢神经系统的胶质细胞。甚至在一年后，大脑中也没有观察到神经变性改变。科学家们认为在生命的最初几周，这一阶段以最大的能量需求为特征，突变的少突胶质细胞仍然依赖许多完整的线粒体。随后所有更为成熟的少突胶质细胞似乎减少了线粒体呼吸，通过增加糖酵解来设置其能量生成。对于健康胶质细胞的利益是在糖分解过程中生成的代谢产物可以作为髓鞘合成的组成部分。此外，少突胶质细胞中生成的乳酸可被给予轴突，在轴突中它被用作产生能量帮助轴突自身的线粒体。
“在刻意修饰的少突胶质细胞中完全丧失呼吸链有可能提高一个自然呈现的发育步骤，”Nave解释说。因此胶质细胞线粒体丧失不会导致对轴突的能量供应衰退，而是相反地过度供应了可利用的乳酸。受影响的神经信号通路本身没有问题，这一点在少突胶质细胞的乳腺代谢中得到证实。转运蛋白确保了乳酸在少突神经胶质细胞与它们的有髓鞘轴突之间的快速转移。
这一研究发现为少突胶质细胞的功能提供了新的理解：除了已知对于髓鞘形成的重要作用，它们能够向轴突直接提供糖产物，用作燃料帮助高活性期中的轴突线粒体。神经胶质细胞的这种双功能可以用于解释为何在许多的髓鞘疾病中，例如多发性硬化症，受累的脱髓鞘轴突往往会遭受不可逆转的损害。
（生物通：何嫱）
经济解决今天的问题，科技解决明天的问题。
中共中央政治局常委、国务院副总理李克强今年4月2日出席博鳌亚洲论坛年会时指出，世界经济结构调整步伐加快，新一轮科技变革与产业创新正在孕育，新兴经济体的重要性日益显现。
那么，在人类走向可持续能源与资源时代，作为生态文明、绿色经济、低碳发展的基础支柱林业，将以怎样的革命性突破，实现行业的提升，造福人类？
生态功能评估，为实施生态效益补偿提供技术支撑
森林、湿地等生态系统为人类的生存与发展提供了相应的服务功能，人类因为存在于其中自然享受了这些功能。但这会造成生产者和受益者之间的不公平，为了实现效益的均衡化，必须实行效益补偿制度，这对科技创新提出了挑战，要求对生态系统服务功能的物质量和价值量实现量化评估，找到生态效益补偿的科学依据，才能提高所有者和经营者的积极性。
早在2009年，中国森林生态系统定位研究站网通过科学观测和量化评估，在国家尺度上公布了全国森林生态服务功能价值，实现了重大科技突破，为实施生态效益补偿打下了坚实的基础。
为更精准地评价生态系统服务功能并在更大范围内开展这项研究，我国于2012年启动了“森林生态服务功能分布式定位观测与模型模拟”和“典型湖沼湿地生态系统服务功能评价研究”等林业公益性行业科研专项重大项目。
“森林生态服务功能分布式定位观测与模型模拟”项目，将对我国45个优势树种按照林龄、起源进行生态服务功能分布式观测及评估，实现森林生态系统服务功能从点到面的模型模拟和尺度转化，并建立森林生态系统服务功能分布式评估数据库，从而确定森林生态系统服务功能评估支持系统。同时，通过界定生态系统服务功能与生态服务之间的差异，初步确定森林生态系统服务功能转化效率。实现森林生态系统服务功能数据实时化、直观化、高效化、共享化处理，为指导我国生态环境建设提供依据，为尽快将自然资源和环境因素纳入国民经济核算体系提供数据支撑。
“典型湖沼湿地生态系统服务功能评价研究”项目，以科技支撑湿地保护、恢复和可持续发展为目标，通过研发湖沼湿地生态系统服务价值评估技术与价值核算的多尺度转换模式，构建相应的动态监测技术和信息平台，使湖沼湿地多种服务在价格信号中表现出来，进而使湖沼湿地资源变化情况在区域国民经济核算体系中得到正确反映，有助于湿地生态补偿方法制定、国民经济与资源环境核算以及碳指标的国际谈判。尤其是针对退化严重的湖沼湿地进行生态系统服务价值的研究，更具有鲜明的国际视野。
“迄今为止，全世界还没有统一的生态系统服务功能的评估指标体系，各国使用的体系都有一定差异。为了计量的统一性和评估的可比性，从经济上反映其效益的高低，我们部署启动了以上这些研究，目的就是为了尽快形成相应的指标体系，评估出包括水源涵养、释氧固碳等多种服务功能的物质量，进而将物质量再转换成货币量，最终为将生态效益补偿方式由政策性向定量化补偿转变提供科学依据。”国家林业局科技司司长彭有冬说。
优质种质资源，改变世界自然现状的“火种”
“一粒种子可以改变一个世界”。这一论断告诉我们，种质资源、育种技术的优劣，在一定程度上可以影响世界物种的结构，从而影响人类的生存和发展。
种质资源是遗传多样性资源，即基因多样性资源。种质资源研究，就是要真正搞清每个物种的群体、家系及个体的遗传多样性，使保存基因的载体群体及个体能全面代表该物种的遗传多样性，从而丰富林业生产力发展的基础性和战略性资源。
2012年启动的“重要树种种质资源保存与可持续利用关键技术研究”项目，将通过开展我国主要乡土树种、木本油料树种、生态经济树种以及珍稀特有树种的种质资源调查、收集、评价与保存、动态监测与可持续利用研究，攻克其保存及可持续利用的关键技术，为提高产量、改进品质、增强抗性奠定坚实基础，为现代林业提质增量提供了技术支撑。
今年启动的“南方重要木本油料和药材模式树种长期育种技术”项目，主要选择以油桐和银杏作为研究对象，通过油料和药用经济树种育种群体构建、常规育种、细胞育种、分子育种等技术研究和创新，建立持续高效共性育种技术体系，缩短育种周期，提高育种效率，为实现定向育种目标和长期遗传改良提供技术支撑和遗传材料。同时，通过选育出聚合高产、优质、高抗等多个优良性状的新品种，可以提高我国重要经济树种的产量和品质，加快良种化进程。
“油料和药用经济树种新品种的培育和利用，与林木种质资源研究可谓相辅相成，尤其是林木种质资源还是物种进化和适应未来变化的源泉，有助于适应环境和气候变化。这两方面的研究，不仅可以加快定向培育适应范围广、满足多种用途的品种，也必将为我国生态、能源、油料和医药安全作出重大贡献。”彭有冬认为。
森林病虫害防控，构筑国土生态安全“防火墙”
森林病虫害被业界称为“无烟的火灾”，对世界林业生态建设成果造成了严重的危害，其发生和受灾面积均呈逐年上升趋势。
就我国而言，由森林病虫害所致，林木生长量年均损失高达1700万立方米，占全国木材年产量的24.4%，经济损失超过880亿元。尤其是，我国森林大多地处交通不便、水电等基础条件缺乏的地区，病虫害一旦在森林内成片发生，常规的防治手段实施起来十分困难，灾害的早期诊断和应用于有害生物检疫的检测、监测技术便成为控制森林病虫害危害和蔓延的重要关键技术。然而由于缺乏对森林病原物和害虫成灾根本原因的认识，直接制约了这些有效技术的产生。
“就以松材线虫病的致病机理而言，到目前已知存在的就有"酶学说"、"酶素学说"和"空洞化学说"的争论，但到底是什么引起的这一病害，到现在仍无定论。所以，我们必须加强关键理论研究，找出症结所在。”彭有冬说。
工欲善其事，必先利其器。2012年启动的“重大森林病虫灾害防控技术的关键理论基础”项目，将以森林病原物与害虫的有害生物种群为核心，研究病虫群体遗传结构及其变异，有害生物间的协调与竞争，以及病虫害与寄主的互作关系，从个体、种群到群落和生态系统的方向，揭秘森林有害生物成灾过程的遗传与生态机制；以发生病虫害和产生调节功能的森林生态系统为核心，研究病虫害扩散流行的生态适应性、森林生态系统和景观格局对病虫害的调控作用，从生态系统、群落到种群、个体的方向，探索森林生态系统调控病虫害的自组织驱动机制；进而，利用上述理论基础，破解人工林经营调控病虫害的生态机理，实现人工林内关键经营模式对病虫害的持续控制作用。
彭有冬说，构建和发展森林病虫灾害防控的基础理论体系，将成为国家生态安全的一道严密的“防火墙”。
从追赶到跨越，再到引领，现代林业建设迫切地需要推动转型升级的引擎和动力。也许，这就是中国林业科技的使命。
