一周前沿科技盘点〔170〕丨单原子实现反冲狭缝思想实验；精准调控耐热基因，打造“不怕热”的水稻

中国科学技术大学团队首次在实验中实现爱因斯坦1927年提出的“反冲狭缝”思想实验，验证了量子互补性原理，并揭示了从量子到经典的连续过渡。

中国科学院动物所团队揭示灵长类前列腺衰老的核心机制，发现GRHL2-CDK19-p53-p21信号轴，并成功开发靶向基因治疗策略。

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170期。

1《Physical Review Letters》丨单原子实现反冲狭缝思想实验

单光子单原子量子干涉仪实现爱因斯坦思想实验

中国科学技术大学研究团队利用光镊囚禁的单个铷原子作为“可移动狭缝”，首次在实验上忠实地实现了爱因斯坦与玻尔1927年争论中提出的“反冲狭缝”量子干涉思想实验。

通过拉曼边带冷却技术，将原子冷却至三维运动基态，使其动量不确定度降至与单光子反冲动量相当的水平，从而满足探测微弱反冲信号的量子极限要求。实验通过调节光镊势阱深度，灵活调控原子的动量不确定性，并选用封闭循环跃迁以排除内态干扰。为保障干涉稳定性，团队发展了主动反馈锁相技术，将路径抖动控制在纳米尺度。结果表明，随着阱深增加，原子基态动量波函数展宽，光子反冲后与原子的纠缠减弱，光子干涉对比度随之提升；同时，经典噪声（如原子加热）会导致对比度下降，经校准后，实验数据与理想量子极限高度吻合。此外，通过调控原子平均声子数，团队还观察到干涉对比度随声子数增加而降低，清晰展示了系统从量子向经典行为的过渡。

该工作不仅首次在量子极限下实现这一百年思想实验，也为高精度单原子操控、单光子—原子纠缠及未来中性原子量子技术奠定了基础。

原文链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/93zb-lws3

2《Nature Aging》丨基因疗法缓解前列腺衰老相关功能障碍

前列腺衰老机制及干预

中国科学院动物研究所研究团队系统解析了灵长类前列腺衰老的关键细胞与分子机制。

通过比较年轻与年老食蟹猴前列腺不同解剖区域，结合组织学与高分辨率单核转录组分析，发现上皮细胞衰老、慢性炎症和间质纤维化是其三大共性病理特征，表明前列腺衰老是一个整体性、退行性过程。研究进一步揭示，转录因子GRHL2在基底上皮细胞中随年龄显著下调，该现象在人类、非人灵长类及小鼠中高度保守。机制上，GRHL2失活导致其靶基因CDK19表达降低，解除对p53的抑制，从而激活p53-p21通路，驱动细胞衰老，形成GRHL2-CDK19-p53-p21信号轴。基于此，团队开发了靶向GRHL2的基因治疗策略：在老年小鼠前列腺局部注射编码GRHL2的慢病毒载体，可有效提升GRHL2与CDK19表达，抑制上皮细胞衰老，逆转分子衰老表型，并显著改善下尿路功能障碍。

该研究不仅首次系统阐明了灵长类前列腺衰老的调控网络，还实现了从机制发现到干预验证的闭环，为前列腺增龄性疾病防治提供了新靶点和潜在治疗路径。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s43587-025-01020-y

3《Cell》丨精准调控耐热基因，打造“不怕热”的水稻

精准设计梯度耐热水稻实现高温稳产

中国科学院分子植物科学卓越创新中心林鸿宣院士团队联合上海交通大学等团队，系统解析了水稻感知并响应高温胁迫的完整信号通路。

研究发现，高温首先引发细胞膜脂质重塑，激活二酰甘油激酶DGK7，催化生成第二信使磷脂酸（PA），实现物理信号向脂质信号的首次转换。G蛋白亚基TT2/RGB1通过抑制DGK7第477位丝氨酸磷酸化，负调控该过程。随后，双功能蛋白MdPDE1通过其PA结合域感知PA浓度变化，被激活后转入细胞核，水解环磷酸腺苷（cAMP），降低核内cAMP水平，完成脂质信号向cAMP信号的二次转换。cAMP下降触发转录重编程，上调小热激蛋白和活性氧清除酶等耐热相关基因，建立有效热应答机制。基于此通路，团队定向改良水稻：单基因（DGK7或MdPDE1）编辑株系在模拟高温下增产50%–60%；TT2与DGK7双基因协同改良株系产量提升近一倍，且米质改善、正常条件下无产量代价。

该研究不仅阐明了“膜—核”串联的热信号解码机制，还为水稻等主粮作物的耐高温精准育种提供了可定制的基因模块与理论支撑。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.11.003

4《Nature》丨研究提出锂循环可计算一般均衡模型

全球锂电池供应链未来经济产出与温室气体排放趋势预测

在全球碳中和背景下，锂离子电池产业链碳排放分布不均、核算复杂，制约协同减碳。

中国科学院广州能源研究所联合北京工业大学等单位，率先构建“锂电池全生命周期可计算一般均衡（LCCGE）”模型，首次融合生命周期评价与宏观经济一般均衡分析，实现技术细节与全球经济动态的有机整合。该模型能精准模拟政策、技术或贸易变化对全球供应链经济与环境影响的连锁效应。研究首次定量揭示“价值—排放悖论”：采矿环节仅贡献18.78%附加值却产生38.52%碳排放，而正极材料生产贡献42.56%经济价值、排放占比34.82%，凸显制造端脱碳关键性。上千种情景模拟表明，单一政策效果有限且易导致碳负担转移。团队提出“全球协同+区域定制”的综合脱碳战略：各国在加强合作的同时，依据自身供应链角色发展循环经济。预计到2060年，该路径可使全球锂电池供应链平均排放强度下降35.87%，中国减排潜力达42.35%。

研究还呼吁建立覆盖全生命周期的全球大数据平台和统一碳足迹核算标准，为公平、高效的国际治理与绿色产业链重塑提供科学支撑。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09617-4

5《Cell Reports》丨用有益菌群改造根系，抵御酸性土壤铝毒

酸性土壤中由耐铝性合成菌群调控水稻根细胞壁，提升水稻耐铝性机制

土壤酸化导致铝离子（Al³⁺）毒害，严重抑制作物根系生长，造成全球约30%–40%的产量损失。尽管植物具备一定耐铝机制，但根细胞壁在微生物参与下的动态重塑过程及其抗铝作用长期不清。

中国科学院南京土壤研究所研究团队联合多方，综合多组学分析与遗传验证，系统揭示了根际微生物提升水稻耐铝性的分子机制。研究发现，一种耐酸铝合成菌群能特异性激活水稻木葡聚糖内转糖基酶（XET），重塑根细胞壁中的木葡聚糖网络，显著减少铝在细胞壁的结合，使根中铝含量降低47.5%。同时，该菌群通过甲羟戊酸途径促进油菜素甾醇（BR）合成，并向根尖提供BR前体，维持激素稳态。利用XET和BR缺陷突变体实验证实，微生物驱动的BR信号与XET介导的细胞壁修饰形成协同效应，有效缓解铝毒对根系伸长的抑制。

该成果首次阐明了根际微生物通过“激素—细胞壁”双通路协同增强作物耐铝性的机制，不仅深化了对植物—微生物互作抗逆的理解，也为开发基于微生物工程或细胞壁调控的耐酸耐铝作物品种提供了理论支撑和应用路径。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.celrep.2025.116597

6《Biosensors and Bioelectronics》丨高灵敏光纤传感器助力血清果糖快速检测

光纤波导生化光谱检测研究取得进展

果糖是葡萄糖的同分异构体，其血液浓度与二型糖尿病、脂肪肝、妊娠糖尿病等多种代谢性疾病密切相关。由于果糖在血液中痕量浓度远低于葡萄糖，且检测易受葡萄糖干扰，传统检测方法面临处理复杂、耗时长等难题。

中国科学院西安光学精密机械研究所光纤波导生化光谱检测研究取得进展。研究团队将光纤传感与生物分子识别“级联”耦合，构建出基于微球谐振腔的光纤生物传感器，该传感器通过光纤表面共价固定果糖的特异性适配体己酮糖激酶KHK，获得对果糖的特异性捕获能力。测试结果表明，该器件对果糖标准品的动态灵敏度达5.98nm/(μg/mL)，检测限低至12.6ng/mL，且清洗与基底信号恢复效率极高，可反复使用数十次仍保持初始性能，实现了血清果糖的高灵敏、高速、无标记检测。

此项技术可直接转化应用于床旁精准营养评估与代谢病筛查场景，为临床代谢性疾病的早期干预提供关键技术支撑。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0956566325011352

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