高中生物原创题命题素材(2026年第11期)(附往期下载链接)

作者：张佳欣 来源：科技日报 发布时间：2026/8/25

科技日报北京8月24日电 （记者张佳欣）美国加州大学圣迭戈分校研究人员利用高通量DNA测序和人工智能技术，解码了人类基因中一段名为“起始子”的关键DNA序列特征。这项成果为解析基因表达调控规律和预测DNA突变影响提供了新工具。相关论文发表于最新一期《基因与发育》杂志。

人体不同类型的细胞虽然拥有基本相同的DNA，但由于被激活的基因不同，最终能够形成不同的细胞类型，并执行各自特定的功能。DNA中的一些特殊片段负责精细调控基因表达，使细胞产生酶、激素、蛋白质以及维持细胞结构和功能所需的其他重要成分。如果这些基因没有被正确激活，细胞可能无法正常发挥功能，并可能引发包括癌症在内的多种疾病。

为了进一步弄清DNA中哪些序列负责启动基因表达，研究人员将目光投向了“起始子”。这是基因表达过程中的一个重要DNA区域，是基因编码的信息开始被表达，进而产生具有功能产物的关键区域。

研究人员利用高通量DNA测序技术，检测了约50万个不同“起始子”序列的基因表达活性。随后，他们将这些实验数据用于训练机器学习模型，使AI能够识别“起始子”特有的DNA序列模式。

利用训练出的模型，研究人员进一步在人体基因中搜索“起始子”的特征序列，发现约60%的人类基因含有“起始子”。他们表示，这些AI模型首次能够预测人类基因中是否存在“起始子”，并解码其DNA碱基序列模式。相关数据和模型还可用于预测“起始子”相关DNA突变的影响，以及设计具有特定功能的合成启动子，即能够调控基因开启和关闭的DNA序列。

研究人员表示，人类每个细胞中都包含约60亿个DNA碱基，其中蕴含着决定基因何时、何地，以及以多大程度表达的复杂“密码”。此次建立的“起始子”AI模型只是解析这一基因表达“密码”的一小部分，希望未来进一步扩大模型范围，以更加全面地解析人类基因表达调控规律。

作者：刘霞 来源：科技日报 发布时间：2026/8/7 13

美国梅奥诊所团队在新一期《临床研究杂志》发表报告称，癌细胞会借助一种名为TRAILshort的蛋白，巧妙关闭人体的免疫反应。这一突破有望催生全新的癌症疗法，或提升现有免疫疗法的效力。

研究示意图。图片来源：《临床研究杂志》

约15年前，团队在研究艾滋病病毒时首次发现了TRAILshort。2020年，他们发现，癌细胞也能制造这种蛋白，但它如何抑制T细胞的活性，一直是个悬而未决的谜题。

最新研究显示，TRAILshort在黑色素瘤、肺癌、乳腺癌、胰腺癌、卵巢癌及霍奇金淋巴瘤中水平升高，在新冠肺炎、结核病和丙型肝炎等传染病中也居高不下。

借助高度特异性抗体和精密的工程化临床前模型，团队首次揭示，TRAILshort会激活SHP-1——一个如同分子刹车般的蛋白，在T细胞发动攻击前就将其紧急制动，从而阻止T细胞识别并摧毁癌细胞和被病毒感染的细胞。在临床前模型中，阻断该蛋白能让T细胞重拾活力，显著改善免疫反应。

研究还发现，TRAILshort会削弱嵌合抗原受体T细胞疗法（CAR-T疗法）的效力。这意味着，靶向阻断TRAILshort的策略，不仅能提升CAR-T疗法的疗效，还有望增强其他免疫抗癌疗法的效果。

团队认为，除改善癌症治疗效果外，TRAILshort未来或可提供一种在不全面压制免疫系统的情况下，精准降低自身免疫病或移植中有害免疫活性的因素。因为在癌症中，TRAILshort泛滥成灾，科学家的目标是将其清除。而在自身免疫病中，TRAILshort却捉襟见肘，科学家的目标则是适当补充。不过，将这些构想转化为安全有效的疗法，仍需开展更多研究予以验证。

作者：李晨 来源：中国科学报 发布时间：2026/8/18

近日，中国农业科学院郑州果树研究所樱桃种质改良团队在《植物杂志》（The Plant Journal）在线发表了研究论文。该研究通过全基因组重测序和比较转录组分析，在甜樱桃3号染色体上鉴定出一个关键转录因子PavMYB75L，其是调控黄底红晕型甜樱桃果实着色的核心因子。

黄色甜樱桃。中国农科院供图

甜樱桃（Prunus avium）是蔷薇科李属中极具经济价值的核果类果树，果实着色情况不仅是衡量成熟度和品质的关键外观指标，还直接影响消费者的购买意愿。

在甜樱桃果实颜色的红、黄、黄底红晕三种表型中，黄底红晕型表现出极为特殊的光响应着色特征：果实表皮仅在光感知区域积累花青素呈现红斑，而背光区保持固有黄色。这种由光照驱动的局部“上色”现象，其上游光信号传导机制，以及植物激素茉莉酸在该过程中的调控角色，目前仍缺乏深入的分子水平证据。

黄底红晕甜樱桃。中国农科院供图

研究揭示，PavMYB75L是调控黄底红晕型甜樱桃果实着色的核心因子，其蛋白稳定性受E3泛素连接酶PavCOP1在黑暗条件下的负向调节。在光照和茉莉酸信号诱导下，光响应因子PavHYH和茉莉酸响应转录因子PavMYC2可直接激活PavMYB75L的表达，且光信号因子PavPIF3能与两者互作以增强这种激活作用。

该研究不仅揭示了樱桃3号染色体89.61-kb缺失是黄色型樱桃形成的遗传基础，还为解析蔷薇科果实着色的复杂调控网络提供了基因资源和新视角。

中国农业科学院郑州果树研究所副研究员齐希梁、硕士研究生王满青和研究员刘丽锋为该文的共同第一作者。齐希梁和中国农业科学院郑州果树研究所研究员李明为共同通讯作者。该研究得到了中国农业科学院科技创新工程和果蔬园艺作物种质创新与利用全国重点实验室—中原中心“新翼”计划基金等项目的资助。

作者：刁雯蕙 来源：中国科学报 发布时间：2026/8/17

近日，南方科技大学生命科学学院助理教授蔡舒君团队、副教授王若希团队在生物自噬领域期刊《自噬》发表最新研究。

研究团队利用原位冷冻电子断层扫描等技术，解析了果蝇发育过程中线粒体自噬的三维结构，提供了内质网与自噬前体膜形成直接膜连续结构的原位证据，为理解大型线粒体被快速包裹时的膜来源机制提供了新线索。

发育过程中果蝇肠道线粒体自噬体形成机制模型。研究团队供图

细胞自噬是真核细胞中高度保守的物质降解途径。线粒体自噬是选择性清除受损或多余线粒体的过程，对于线粒体质量控制、个体发育和细胞稳态具有重要意义。在线粒体自噬过程中，自噬前体膜需要在几分钟内沿大型线粒体表面快速延伸，因此需要持续而大量的膜脂供应。

该研究中，研究团队以果蝇成蛹后肠道上皮细胞中由发育程序驱动的线粒体自噬为研究体系，提出内质网可与线粒体自噬前体膜建立直接膜连续结构的机制模型。结合Waffle高压冷冻制样、冷冻荧光定位、SOLIST连续提取切片、Cryo-FIB减薄以及Cryo-ET等多项前沿技术，研究团队实现了果蝇发育期肠道线粒体自噬过程的原位三维成像。

分析显示，在部分处于扩张中后期的线粒体自噬前体膜中，研究人员观察到面积约600至800平方纳米的小型膜开口。这些开口通过狭窄膜颈直接连接至内质网膜网络，形成真正意义上的膜连续结构，而非传统认为的膜接触。这一发现提供了内质网与自噬前体膜直接相连的原位结构证据。

此外，研究团队采用室温聚焦离子束扫描电子显微镜进行了大体积三维成像。在对照样本中，49个线粒体自噬前体膜中有5个呈现与内质网直接连续的结构。他们发现，大量扩张停滞的自噬前体膜持续与内质网保持连续连接，说明这种膜连续结构受到动态调控，并与自噬前体膜扩张密切相关。

该研究首次在天然细胞环境中获得了内质网与自噬前体膜直接膜连续的三维结构证据，提出内质网可通过建立膜连续结构直接向自噬前体膜提供膜材料的新机制。这一发现丰富了人们对自噬膜来源的认识，为解析自噬体形成机制提供了新的研究框架。

研究人员同时指出，该机制是否适用于其他类型或其他体系的自噬，以及其如何与膜接触位点的脂质转运相互协调，仍有待进一步研究。

作者：朱汉斌 来源：中国科学报 发布时间：2026/8/15 

近日，华南农业大学农学院教授葛良法课题组在《植物生理学》（Plant Physiology）在线发表研究论文，揭示KINASE-INDUCIBLE DOMAIN INTERACTING 8（KIX8）在协调植物叶片发育与光胁迫响应中的新功能，并解析KIX8-GIF1-COP1调控模块抑制花青素过度积累的分子机制。

相关研究示意图。研究团队供图

论文第一作者、华南农业大学生命科学学院博士生杜欢介绍，花青素是植物中重要的黄酮类次生代谢产物，正常条件下健康叶片含量较低；强光等胁迫下，植物通过积累花青素吸收过剩光能、减少活性氧损伤以保护光合机构。如何在维持正常叶片发育的同时避免非必要花青素积累，是该领域的关键科学问题。

研究团队以蒺藜苜蓿和拟南芥为材料，发现KIX8不仅参与调控器官大小和叶片形态，还显著限制花青素积累。在中高光强下，蒺藜苜蓿mtkix8突变体叶片背面出现大量花青素沉积，而野生型无此表型；转录分析显示，ANS、F3′H、DFR等花青素合成关键结构基因显著上调。在拟南芥中，kix8 kix9双突变体在更低光强下即表现出花青素积累增强，表明KIX8及其同源蛋白在物种间具有保守的抑制过度光响应功能。

进一步遗传学和生化实验表明，KIX8复合物直接结合GIF1启动子并抑制其转录，而GIF1通过调控光信号核心因子COP1的表达，进而影响花青素水平。遗传互作分析显示，gif1突变可显著缓解kix8 kix9背景下的花青素过量积累，而cop1突变则促进花青素生成，证实KIX8-GIF1-COP1级联在光响应与代谢调控中的核心作用。

该研究首次揭示KIX8在植物生长发育与环境适应协调中的新角色，拓展了对器官发育、光胁迫响应与次生代谢交叉调控的认识，为作物株型改良与抗逆育种提供了潜在基因资源。

作者：赵熙熙 来源：中国科学报 发布时间：2026/8/6 

生活在大型食肉动物身边可能会让你更加安全。8月5日发表于《当代生物学》的一项研究发现，美洲狮能够改变鹿的行为，从而减少它们在道路上与汽车发生碰撞的可能性。作者报告称，在美洲狮分布较为密集的地区，在5年的时间内，动物撞车的次数显著减少。

“我们发现，大型食肉动物通过对猎物行为和空间利用的影响，能够使道路变得更加安全，”论文作者、美国“保护科学伙伴”组织的Justin Suraci表示。

Suraci说：“当美洲狮出现时，鹿会改变对空间和时间的使用方式，与道路之间的重叠减少了，并降低了夜间活动的频率—— 一些最危险的碰撞事故往往发生在这一时段。因此，提高道路安全性是像美洲狮这样的大型食肉动物能够为人类社区提供的一种生态系统服务。”

研究人员对量化这些生态系统服务产生了兴趣。虽然有人提出，鹿和其他有蹄类动物的捕食者可能会减少发生车祸的可能性，但这种说法在大型食肉动物种群广泛分布的地区并未得到明确的展示或量化。

在这项研究中，Suraci和同事研究了大量相机陷阱数据以及车辆与野生动物碰撞的空间数据，以探究美洲狮对猎物行为的影响，及其对美国华盛顿州奥林匹克半岛地区驾驶员可能产生的影响。

Suraci表示：“重要的是要知道，大型食肉动物与许多野生动物一样，只有在与人类共享生存空间的前提下才能得以存续。而在许多情况下，这往往需要我们改变自身的行为和态度，以实现共存。”

研究人员发现，在有美洲狮出没的地方，鹿更愿意在白天活动。此外，它们出现在道路密集区域的可能性降低了15%，转而选择在偏远的栖息地停留更长的时间。

基于鹿的活动方式发生的这些变化，研究人员测算出鹿与车辆发生碰撞的可能性下降了67%。他们还估计，未来5年内，车辆与鹿发生碰撞的数量将减少76%。追踪项圈数据表明，白天与鹿发生交通事故的次数相比晚上有所增加，但夜间此类事故的后果往往更为严重。

“鹿会尽力避开美洲狮带来的风险，由此减少了在道路附近逗留的时间，发生的碰撞事件也相应减少。”Suraci说，“肉食动物或许正为全球其他地区的道路安全提供着类似的服务，它们在这些地区的种群数量一直保持稳定，而这一宝贵的生态系统服务迄今未受到重视。”

通过这项研究，科学家希望更多人能够开始意识到生活在大型食肉动物中间的好处。“在美国东部和加拿大可能尤为如此。在这些地区，美洲狮正在缓慢、自然地重新回归，并且人们正在进行有关重新引入这些食肉动物的讨论。”美国Panthera组织的Mark Elbroch表示。

“尽管野生动物本身具有内在价值，而不仅仅是它们为人类带来的帮助，但明确阐述这些益处，例如作为自然捕食-猎物互动的副产品而带来的道路安全提升，可以成为一种非常有价值的工具，有助于增强人们对捕食性野生动物的容忍度，并促进共存所必需的行为改变。”

“当谈论美洲狮时，我们往往侧重于它们所构成的风险。但很少停下来思考它们还能以多种方式给我们带来益处。”Elbroch说，“与大型食肉动物共处并非只是关乎保护野生动物，还涉及保护它们每天默默为我们带来的诸多益处。”

作者：张梦然 来源：科技日报 发布时间：2026/7/29

当人为“擦掉”小鼠的可塑性，它就会提前把行为交给习惯；反过来激活小鼠前扣带皮层，习惯又能被拉回目标导向。图片来源：AI生成

同班同学背单词，为什么有人能熬成肌肉记忆，有人总在第七天熄火？

现在，科学家正在研究一项每天靠它活下去、却几乎从不正眼瞧的事——习惯。

每日打扫房间、坚持背单词、规律晨跑，这些被励志书捧成“自律密码”的行为，本质上都是同一件事的变体：一个原本需要动脑子、掂量回报的动作，被大脑一遍遍打磨，最后滑进习惯的“自动挡”。

学界早知道重复是习惯形成的关键，却一直不明白：习惯到底是原样复刻的老动作，还是在自动化里悄悄变了形？难点在于，真实习惯形成太慢，等它形成，实验小鼠或人脑里的神经痕迹早就混进了别的故事。

现在，日本京都大学科学家换了个打法：给小鼠设计一套“两阶段训练”法。他们先用目标导向方案，再切换到奖励与动作脱钩方案，短短四天，同一批小鼠就进入到“习惯模式”。

顺着这套时间窗，科学家盯住了两条此前被混为一谈的通路。第一条从大脑的前扣带皮层出发，投射到脾后皮层，它决定的是“这动作算不算习惯”。但在策略切换那一刻，这条通路的突触连接不是变强，而是减弱。当人为“擦掉”它的可塑性，小鼠会提前把行为交给习惯；反过来激活前扣带皮层，习惯又能被拉回目标导向。

第二条通路的重点是外侧眶额皮层和中央纹状体，它不决定习惯形成，而是决定习惯的频率有多强。同样都形成了习惯的小鼠，神经响应强的，习惯频率高得近乎固执；响应弱的，频率随训练往下坡走。

原来，大脑这两条线一横一纵，把“要不要形成习惯”和“习惯的贯彻有多狠”拆开管理。这两条路线各管一摊，互不替班。

这两条路线的出现也推翻了一个想象：习惯不是把动作原封不动冻进脑子里的。科学家看到，即便习惯成功落地，不同小鼠的行为频次和总量仍拉开明显差距，就像有人能把跑步养成“每日打卡”，有人却跑成“三天打鱼两天晒网”。

习惯其实是大脑最神秘的功能之一，弄清习惯怎么运转，才有机会接管它，而不是被它接管。

科学家下一步想追问的是，不同的人和人之间，习惯强度的差异究竟被什么驱动。答案若能清晰，或许能帮人们把锻炼、服药、睡眠这些良性循环钉得更牢，同时也给强迫症、药物成瘾等那种“停不下来的重复”留出新的干预切口。

习惯从来不是意志力的燃烧，它只是脑内线路“重新焊接”的结果。现在科学家第一次把“焊接点”指给了人们看。

作者：张梦然 来源：科技日报 发布时间：2026/7/27

 科技日报讯 （记者张梦然）日本大阪公立大学研究团队在《干细胞转化医学》发表最新成果，宣布成功建立从犬类诱导多能干细胞（iPSC）中生成红细胞样细胞的技术体系。这项突破性进展为人类异种输血研究及兽医临床血库建设提供了关键实验平台，相关技术已通过CRISPR-Cas9基因编辑实现分化过程的实时可视化监测。

利用狗的多能诱导干细胞，研究人员设计了一种创建类似红细胞细胞的方法。图片来源：大阪公立大学

人类红细胞面临供体短缺与供受者相容性限制的双重压力，尤其在创伤、手术和产后出血等急性失血场景中矛盾尤为突出。正因如此，利用动物红细胞作为异种输血储备来源，已成为全球输血医学的重要探索方向：猪红细胞因供应充足且与人类红细胞功能相似，被视为最具潜力的替代源之一，但猪红细胞表面存在异种抗原，进入人体后会引发急性溶血反应，必须通过基因编辑敲除主要异种抗原等才能真正走向临床。而犬类凝血机制与人类高度相似，其iPSC分化体系不仅有望缓解兽医临床血源匮乏，更能作为理想的异种输血中试平台，加速人工血液产品的研发与评估。

不过，尽管iPSC技术在人类血液再生领域已取得显著进展，但针对犬类的红细胞定向分化方案始终未能完善。

与此同时，目前全球兽医医疗体系也普遍缺乏标准化血库系统，犬只输血完全依赖健康犬只捐献。由于犬类存在十余种血型系统，配型困难导致临床用血长期紧张。

此次研究中，科研团队采用与常羽生物公司联合开发的犬源iPSC，通过模拟体内造血微环境的三维培养体系，成功诱导细胞形成造血干细胞前体，并最终获得表达血红蛋白的红细胞样细胞。

为精准追踪分化进程，研究团队对糖蛋白A（GYPA）基因进行编辑，构建出表达绿色荧光蛋白的报告系统。实验数据显示，在优化后的培养条件下，超过96%的靶细胞可稳定表达GYPA标记物。这种实时监测技术不仅验证了分化路径的有效性，更为后续工艺优化提供了量化依据。不过当前生成的细胞仍存在成熟度缺陷，仅有约3%的细胞完成脱核过程——这是哺乳动物成熟红细胞丧失细胞核的关键生理特征。

该研究负责人指出，现阶段细胞产物尚未达到临床输血标准，后续研究将着重解决细胞脱核效率及功能验证问题。