直立人的化石记录可追溯至约200万年前，广泛分布于非洲、欧亚大陆和东南亚，在人类演化中具有重要地位。然而，由于分子证据匮乏，其遗传特征、内部多样性以及与其他古人类和现代人的演化关系长期悬而未决。为探究这些问题，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹研究团队联合多家考古研究单位，对周口店、和县、孙家洞三个遗址距今约40万年前的6枚中更新世直立人牙齿开展了牙釉质蛋白质提取与质谱分析，在以下方面取得突破：首先，基于男性特异性Y型釉原蛋白(AMELY)建立了定量的古人类性别鉴定方法，确认其中5人为男性、1人为女性；其次，在所有三个遗址的全部样本中鉴定出了位于釉成熟蛋白(AMBN)上的两个特异性氨基酸突变位点：一是首次发现的AMBN-253G突变，未见于任何其他古人类或现代人群，为东亚中更新世直立人支系提供了独有的分子标记，证实周口店、和县和孙家洞直立人同属一个演化人群；二是AMBN-273V突变，此前也在丹尼索瓦人中发现，基因分析显示该突变可能是通过一支与这些中更新世直立人相关的人群引入丹尼索瓦人的，其中一部分又最终渗入了东南亚和大洋洲等现代人群。这项研究是全球首次从直立人化石中获得具有谱系特异性的分子信息，重塑了对东亚古人类演化和基因交流历史的认知。
肝脏低密度脂蛋白受体(low-density lipoprotein receptor，LDLR)介导血液中低密度脂蛋白(LDL)的清除，是维持胆固醇稳态的关键分子。然而，慢性膳食胆固醇负荷等营养信号如何通过特定分子开关调控LDLR的胞内转运与蛋白周转，目前仍未被充分阐明。美国加州大学圣地亚哥分校Alan Saltiel教授团队发现了一条由Ral GTPases介导的胆固醇应激响应通路，揭示了膳食胆固醇负荷通过重塑LDLR蛋白命运影响胆固醇稳态的新机制。研究发现，慢性膳食胆固醇负荷或Ral持续活化均可降低LDLR蛋白水平。在机制上，慢性胆固醇负荷通过增强RAS活性激活Ral GTPases；活化的Ral一方面通过招募RalBP1-REPS1内吞复合物，促进LDLR内吞及其向溶酶体转运，并抑制LDLR回收至细胞表面；另一方面促进组织蛋白酶A(cathepsin A，CTSA)的加工成熟及其溶酶体定位，并减少其胞外分泌，从而增强CTSA介导的LDLR降解。这一过程不依赖LDLR转录调控或PCSK9介导的LDLR蛋白降解机制。抑制CTSA可稳定LDLR蛋白水平，并促进LDL摄取和血浆胆固醇清除。进一步的人类遗传学分析表明，该通路中的关键分子与血脂水平及心血管疾病风险相关。该研究揭示了一条由膳食胆固醇激活的Ral-CTSA-LDLR蛋白稳态调控通路，为理解营养压力如何扰动胆固醇代谢提供了新的机制框架，也为高胆固醇血症和心血管疾病干预提供了区别于现有治疗策略的潜在新靶点。
植物依赖NLR (nucleotide-binding, leucine-rich repeat)免疫受体识别病原菌分泌的效应蛋白来激活免疫反应。近年来，科学家们已相继解析了多种NLR“抗病小体(resistosome)”的结构，但对于进化上古老且广泛存在的CCG10-NLR免疫受体的作用机制始终未知。为探究这一科学问题，中国科学院遗传与发育生物学研究所刘志勇团队联合国内外多个团队鉴定出编码CCG10-NLR蛋白的小麦自发免疫基因WAI3 (wheat autoimmunity 3)，并利用冷冻电镜技术首次揭示了其激活后形成八聚体抗病小体结构，并诱导持续的钙离子(Ca2+)内流，进而激活下游免疫反应。拟南芥中的CCG10-NLR同源蛋白RPS2同样能够形成八聚体且引发Ca2+内流，表明该作用机制在单子叶与双子叶植物中高度保守。此外，WAI3抗病小体具有独特的CC (coiled-coil)结构域构象，这一特征可能与CCG10-NLR的CC结构域缺少EDVID (Glu-Asp-Val-Ile-Asp)基序相关。该研究首次揭示了植物CCG10-NLR蛋白的抗病小体组装及免疫信号传导的新机制，拓展了人们对植物免疫受体多样性与可塑性的认知。
从独居的祖先蟑螂演化出具备双亲抚育行为的木食性蟑螂及具有同胞利他行为的白蚁，其社会性的转变与其取食营养贫乏的枯木这一生态特化密切相关，然而其背后的基因组演化机制尚不清楚。为探究这一科学问题，华南师范大学李胜团队通过对8个蜚蠊目(Blattodea)物种进行基因组与转录组等多组学分析，发现从蟑螂到白蚁的演化过程中，基因组呈现逐步收缩的趋势。木食性蟑螂由于氧化磷酸化及过氧化物酶体相关基因的表达下调，制约了其后代的生长发育速率，这与其幼虫生长缓慢相一致。白蚁则丢失了与精子运动相关的关键基因，从基因组层面支持了其生殖分工建立在单配制基础上的假说。此外，白蚁通过协同利用保幼激素、胰岛素、表皮生长因子受体及Dpp等营养敏感的核心发育信号通路，实现了品级分化，即工蚁在发育早期呈现高能量代谢以适应劳动需求，而生殖型若蚁则在发育后期高表达能量代谢相关基因以保障繁殖功能。该研究系统揭示了白蚁作为“超个体”社群的稳态维持机制，并从分子层面阐明了社会性等级分化与能量分配策略的演化基础。
石峁遗址地处陕北农牧交错带，其宏大的城防体系与丰富的祭祀遗存展现了早期国家社会的复杂面貌，但其人群的来源、社会结构及其与周边文化的互动关系，一直是学界争论的焦点。为探究这些问题，中国科学院古脊椎动物与古人类研究所付巧妹团队联合陕西省考古研究院等机构历经13年系统研究，对来自石峁核心遗址、周边聚落及晋南地区共169例古代人骨开展了大规模系统性的古基因组分析，在以下三个方面获得突破：证实了石峁文化人群的遗传成分源于陕北本地的仰韶晚期人群，其与本地年代较早的人群间存在遗传连续性；发现了石峁文化人群与晋南陶寺文化人群之前具有紧密的遗传联系，并与北方草原地区的裕民成分相关人群、南方稻作农业人群之间存在着密切关联；首次成功重构了石峁遗址内部横跨四代的家族谱系，表明石峁社会是一个以父系血缘为主导、具有严格社会等级的社会。该研究不仅为理解中国早期国家的形成提供了前所未有的社会组织范本，更从遗传学层面为探索东亚早期国家的权力继承与阶层构成提供了直接证据。
人类大脑起源于漫长的生命进化过程,其最显著的改变是大脑的认知功能,反映在脑容量的显著扩增和脑结构的高度精细化。人类进化过程中哪些遗传改变造就了人类大脑是国际科学界长期力图回答的重要科学问题。所有器官包括大脑的形成都是通过发育过程来实现的,人类独特的脑发育模式源于在进化中基因组积累的功能性突变。通过近20年的比较基因组学研究已经发现大量人类特异的基因组序列变异和调控元件,典型的如人类快速进化区域(human accelerated regions, HARs)和人类特异的增强子(human-specific enhancers, HGEs)。哺乳动物包括人类的基因组一般长度约2 m,折叠在仅有10 μm大小的细胞核中。基因组在细胞核的三维空间中层次化有序折叠,其染色质高维结构对发育中细胞的增殖和有序分化至关重要。如何将基因组中的序列差异与脑发育的调控改变之间建立因果联系,并解析其中的分子调控机制,是颇具挑战的问题。
